50kV断路器合闸电阻热容量的研究

李松磊 刘 分 程龙君 史峰涛

（河南平芝高压开关有限公司，河南 平顶山 467013）

额定电压363kV及以上线路合空载长线时，尤其是在电源电压幅值与线路残压反相时合闸，由于系统参数突变，会导致线路中LC上电磁能量的振荡，从而产生较大的合闸过电压。限制合闸过电压的方法有设置避雷器和合闸电阻［1］。

目前，用避雷器来限制断路器合闸过电压的运行经验比较丰富，一般国内363kV以上的线路中，较长线路一般在中点设置，300km左右的中短距离550kV电站也有设置，其线路较长时一般在中点悬挂处理。但目前实际变电站工程中应用较多的一种方法是：断路器中设置合闸电阻来限制其合闸操作过电压，利用合闸电阻将电网中的部分电能吸收转化为热能，以达到削弱电磁振荡、限制过电压的目的。特高压电网的建设过程中，限制合闸过电压尤为重要，但目前还没有更好办法来替代合闸电阻的使用，故合闸电阻的选择、使用、试验是高压断路器的要点。本文针对合闸电阻的通流影响、试验方法等进行分析，为550kV断路器合闸电阻的选择及使用提供一些参考。

1 合闸电阻通流容量的影响因素

根据焦耳定律，合闸电阻在断路器一次合闸操作过程中产生的热量E如式（1）所示［1］。

按照式（1），R为合闸电阻阻值，每次合闸操作时电阻的接入时间和两端电压都是影响合闸电阻在线路操作时获得热量的直接因素。而在实际合闸电阻投入使用时，开关的操作特性及其所在输电系统的运行状态是电阻接入时间和两端电压的直接影响因素。

影响合闸电阻热量产生的开关特性参数主要包括：三相不同期、同相断口不同期和预击穿，这几种因素同时存在且相互影响。相间合闸不同期，后合相的合闸电阻两端电压由于相间耦合作用会比先合相的大；同极间断口不同期，先投入合闸电阻断口的通流在后合的断口投入后才有效，而对于电阻短接则是先短接断口使该相呈现二分之一阻值的过渡；预击穿现象使断路器主触头、电阻触头的机械接通和电接通时间存在毫秒级差异，最终使三相不同期及合闸电阻接入时间增加，使同极不同期减小，综合起来降低了合闸电阻产生的热量。

2 合闸电阻热容量试验方式［2］

2.1 对于合闸电阻热容量试验，标准一般要求如下：

2.1.1 合闸电阻热容量至少应满足在2倍额定相电压下进行两次合闸试验，时间间隔为30min.

2.1.2 如合、分闸共用一个电阻，热容量原则上也应满足2倍额定电压下CO-30min-CO操作顺序的要求，但考虑产品现状，暂行标准为在1.1倍额定相电压下分闸，0.3s后在2倍相电压下进行合分试验。

2.1.3 合闸电阻的接入时间不小于11ms，分闸电阻的接入时间不小于30ms，还要考虑断口预击穿造成的影响。

2.1.4 合闸、分闸电阻在热容量试验前后，常温状态的电阻值变化应不大于±5%。

2.1.5 如合闸、分闸用两个电阻，则电阻热容量应分别试验。

2.2 550kV断路器中仅设计有合闸电阻，阻值约400Ω，合闸电阻提前投入时间8～11ms。

按照标准要求，试验参数及试验方法如下：

合闸电阻：400Ω

试验电压：u=2×550/3=635kV

电阻通流：I=635/400=1.59kA

投入时间：t=11ms——制造厂一般选用最大值

试验顺序：断路器内充入闭锁压力气体，断路器进行C1—30min—C2操作。

判定依据：试验前、后常温状态下，电阻值差≤5%

3 合闸电阻热容量试验实例

3.1 标准试验方法

以现有产品为例，550kV断路器中合闸电阻值：450Ω，无分闸电阻，断路器灭弧室为单断口结构，合闸电阻设置于灭弧室中。断路器合闸动作时，合闸电阻提前于断路器主触头合闸，提前投入时间为11ms，按照上述标准法确定了以下参数：

试验电压：u=2×550/3=635kV电阻通流：I=635/450=1.41kA

3.2 替代的试验方法［1］

由于试验站试验条件限制，无法施加全电压进行，标准规定“如受试验站能力限制，热容量可在全电压通过1/5～1/10全电流（5～10倍额定电阻值）试验，也可在1/3～1/6全电压下（1/3～1/6额定电阻值）试验。通过全电流试验，如果是1/2极电阻试验，还应考虑断口电压分布的不均匀系数。”

按此要求，将采用降电压、减电阻的方法进行试验，替代的实验参数如下；

使用电阻值：450×1/5=90Ω 试品组立后实测电阻值：92Ω

施加电压值：u=92Ω×1.41kA=129.7kV

由于取值是1/5电阻，需追加不均匀系数（一般经验值系数为1.1）

最终试验电压为：1.1×129.7kV=142.7kV。

试验电阻选取了全电阻的1/5，试品体积小，考虑试验的方便性，试品电阻不再装入断路器内部，随断路器进行。本次采用一段常规GIS母线，其内部装入试品电阻，外接绝缘试验套管，从而实现试验电压、电流的引入。

3.3 样机试验姿态及回路图

图1 电阻热容量试验姿态

如图1所示，合闸电阻热容量试验姿态，试验用合闸电阻安装于母线壳体内，用铝导体将其紧固、连接；左侧装入高压套管，通过套管施加电压、电流，实现电阻热容量试验。

FK1、FK2：辅助开关

SP:合闸电阻试品

G：发电机

按图2所示，试验回路充电，辅助开关FK1合闸，电流流入被试电阻，通流11ms后辅助开关FK2合闸，将被试电阻短接掉，之后由辅助开关FK1分闸，断开回路。被试电阻完成了第一次11ms的热容量考核。试品静置30min，重复上述试验，进行第二次电阻热容量考核。

试验后试品静置16h，实测阻值：91.2Ω，与试验前电阻值差≤5%，符合标准要求。

4 结语

断路器是GIS的核心元件，GIS对线路的分、合闸操作是通过断路器的分合动作来实现的。断路器不仅担负着输配电线路正常电流的承载、开断和关合，也承担着输配电线路在规定时间内短路电流的承载、开断和关合。担负着电力系统的控制和保护的任务。合闸电阻多数安装于断路器的灭弧室内，随着断路器的分、合闸来试验分、合动作，所以其质量可靠性与灭弧室同等重要。验证可靠性的最有效办法为型式试验，通过上述的试验替代法，完全可模拟出符合实际工况要求的试验线路进行型式试验，而且试品安装、调试简单，试验结果符合标准要求。

［1］黎斌.SF6高压电器设计（第三版）［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］GB/Z 24838-2009.1100kV高压交流断路器技术规范［S］.