断路器断口间并联电阻的分析及应用.doc

断路器断口间并联电阻的分析及应用作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:02:12 肖艳萍成都水力发电学校，四川 成都 610071 l 引 言 断路器是电厂、电网和用户的重要电气设备当电力系统发生短路故障时，断路器应能迅速可靠地切断故障电路，以缩短电力系统的故障时间和减轻短路电流对电气设备的损害另外，电力系统中的切、合空载线路，切空载变压器等操作引起过电压也与断路器工作性能有关为了改善断路器的工作性能，常在断路器灭弧室断口上并联不同阻值的电阻选择并联电阻大小的基本原则是：要保证完成主要的任务，对所需辅助灭弧室的切断能力应尽可能的小根据并联电阻的大小，可将其划分为低值并联电阻、中值并联电阻及高值并联电阻如何将这三种不同阻值的并联电阻恰当地应用在具体电路中，从而保证断路器有良好的工作性能，即是本文着重要讨论的问题2 并联电阻的分析及应用 2．1 低值并联电阻 在断路器断口两端并联几欧到几十欧的低值并联电阻，是改善断路器工作条件的比较有效的方法如图 1 所示，L、R 分别为发电机的电感和电阻，C 为发电机的对地电容，电源电压为 e断路器设有两个断口：主断口 D1 和辅助断口 D2。

电阻 Rb 并联在主断口 D1 上当断路器开断电路时，主断口先打开把并联电阻接入当主断口 Dl 问的电弧熄灭后再打开辅助断口 D2，开断流经并联电阻的电流使电路完全开断，见图 1下面分析主断口和辅助断口的开断电流和电压恢复过程 如图 2(a)所示，主断口开断时通过断口的短路电流 id 和电源电压 e 满足以下关系：忽略短路回路中的及，假定在电容充电的暂态过程中电源电压近似地保持不变，则图 2(a)可简化为电压曲线由此可见，采用并联电阻尼振荡后，恢复电压的最大值将不会超过工频恢复电压Ugh恢复电压(Uhf)的最大上升速度则发生在 t＝0 时，其值为 duhf／dt=(Rb／L）Ugh，并联电阻愈小，恢复电压的上升速度就愈低因此，采用并联电阻阻尼振荡后，主断口的开断将比较容易忽略流经电容 C的电流，流经电感的辅助断口电流将为： 虽然作用在辅助断口上的瞬态恢复电压中仍有高频振荡，鉴于其工频恢复电压和开断电流都得到了一定程度的降低，所以，辅助断口的开断条件远比主断口容易另外，电容器组投入或开断电容器组重击穿时，都将产生很大的涌流在断路器上加装低值并联电阻可以起到限制涌流的作用空气断路器 KW—35／400 型，采用了 45Ω 的并联电阻。

DW2—35R／630—16 型多油断路器每断口并联电阻值 70Ω 或 120Ω，均属低值并联电阻2．2 中值并联电阻 在断路器断口上并联中值电阻，可以改善断路器开断近区故障时的工作条件近区故障是指离开断路器几百米至几公里的线路上发生的短路故障在超高压电力系统中，当短路电流在25—65kA 范围内，断路器开断近区故障时的工作条件较之直接开断在断路器出线端上的短路故障更为严重以中性点接地的发电机近区单相接地故障为例，在 0≤t ≤2s／v 的时间内，恢复电压的上升速度和第一个最大值可近似地写成： 上式说明，恢复电压的上升速度和短路电流的大小成正比因此，随着系统短路容量的增大，恢复电压的上升速度将增加，从而引起开断的困难不过，电弧是否重燃还与 U1 有关当s 值减小时，I 增大，恢复电压上升速度增大，但 U1 却下降，电弧可能不会重燃反之，随着s 值的增大，U1 将增大，但由于 I 减小，恢复电压上升速度却减小了，电弧也不会重燃可见电弧的重燃往往出现在恢复电压的上升速度不低而恢复电压的第一个最大值较高时，一般s＝0．5—8km 时，这就是近区故障此时断路器所开断的短路电流虽然比断路器出口短路时为小，但开断却更困难。

在断路器断口上，并联以适当数值的并联电阻 Rb 可以改善断路器开断近区故障时的工作条件Rb 的数值可以用图 5(a)计算 图 5 中与 C1 串联的直流电源是用来取代 C1 上的起始电荷的在 0≤t ≤2s／v 时间内工 1 所呈现的阻抗非常大，可以认为是开路的等值电路简化为图 5(b)，此时恢复电压的最大上升速度为： 显然小于末加并联电阻时的值可见并联电阻能降低恢复电压的上升速度Rb 愈小则效果愈好如取 Rb＝Z，恢复电压上升速度将减小为无并联电阻时的 1／2z 值一般可取 500Ω，为改善断路器在开断近区故障时的工作条件，并联电阻的取值不能超出数百欧的数量级，属中值电阻范围在电力系统合空载长线时，由于电容以振荡回路的形式进行充电和过充电，造成操作过电压通常在断路器上加装中值并联电阻来限制这种过电压图 6 为原理图合闸时辅助断口 D2 先接通，此时长线经合闸电阻 R6 接人电源由于合闸电阻的存在，D2 合闸时长线电容上的电压振荡可得到阻尼合闸电阻愈大阻尼作用愈强在 D2合闸后经 7—15ms，诶长线上的电压基本趋于稳定后，再闭合主断口 D1，短接合闸电阻 Rb虽然电阻 Rb 被短接时电容上的电压仍会出现振荡，但由于主断口闭合前，电源与输电线电容间已有合闸电阻 Rb 起联系作用，电源电压与电容电压间的差值不会很大。

因此，由于振荡而出现的过电压不会太高合闸电阻的数值一般应在 400—l200Ω 范围内，属于中值并联电阻断路器开断空载长线时，由于电弧的重燃将引起过电压在 330kV 及以上的线路中需采取专门的措施来限制切空线过电压最有效的措施是提高断路器的熄弧能力(即加快断口的介质强度恢复)，使之不发生重击穿断路器熄弧能力不高时，可用在断口上并联电阻的方法来防止断口的重击穿如图 6 所示，DL 开断时，主断口 D1 先分开，此时，由于电阻 Rb 的存在，电容 C 上的电荷可以通过 Rb 流向电源，电压 Uc 不再保持不变，因此，主断口 D1 上的恢复电压要比没有并联电阻时小显然，Rb 愈小，重击穿的几率也就愈低主断口 D1 分开，经过 1．5 个工频周期后，辅助断口 D2 打开此时，由于 Rb 的存在，减小了电容电流和电压间的相位差，从而降低了作用在断口 D2 上的恢复电压，所以，辅助断口D2 重击穿的几率也就相应降低而且，即使重击穿，Rb 将起阻尼作用，过电压也不会太高所以，400—l200Ω 的合闸电阻同时可以起到限制切空线过电压的作用电容器组开断时，也将产生过电压电容器运行中电极间的操作过电压不允许超过两倍额定电压峰值。

因此，如果断路器不能做到不重燃，则在使用时必须辅以相应的限制过电压的措施在熄弧强度与电流大小有关的油断路器中，可以采用中值并联电阻以限制切断电容电流时的过电压对于 110kV 断路器并联电阻 Rb 值可取 3500—4000Ω，对于 110kV 多油断路器分断并联电阻的数值一般为 l500Ω国产 110—220kV 少油断路器，由于分断性能较高而不需要带并联电阻目前，在我国 500kV 电网中大量采用的六氟化硫断路中有不少采用了并联合闸电阻由瑞土 ABB 公司进口的 500 kV ELP SL 型 SF6 断路器，每相四断口，每个合闸电阻单元的电阻为112．5Ω尚在使用的压缩空气断路器和多油断路器也有部分采用了并联电阻在超高压系统中被广泛使用的 KW4 和 KW5 系列压缩空气断路器，断口上并联有中值电阻，每个断口的电阻是500Ω，330 kV 时为 3000Ω多油断路器 DW 2—35 型并联电阻值为(950±50)Ω 2．3 高值并联电阻 由于断路器的灭弧能力较强，在开断小电感电流时，如开断空载变压器、并联电抗器及高压感应电动机等大电感负荷时，电弧有可能不是在电流经过自然零点时熄灭，而是在某一电流值时被强迫熄弧。

此时，在电感上将感应出过电压接在断路器断口上的并联电阻 Rb 可为被截断的电流提供通路，从而可以起到限制过电压的作用的值很大对于开断电力变压器的 110kV 的断路器，并联电阻值大约为 25000Ω—30000ΩKWl 系列压缩空气断路器就采用了高值并联电阻其中 KWl—110 型，并联电源为2×180000Ω； KWl—220 型并联电阻为 4×10000Ω3 结 语 综上所述，在断路器断口两端并联低值电阻，有利于限制短路电流，降低工频恢复电压和振幅系数，以及减慢恢复电压上升速度，从而改善断路器开断短路故障的工作性能在断路器断口间并联中值电阻，不仅可以改善断路器开断近区故障的工作条件，还可以限制切合长线过电压，而高值电阻则起到限制切空变过电压的作用可以认为,断路器断口上的并联电阻，对电力系统可靠、稳定的运行起着重要作用。