2×27.5kV 双极真空断路器绝缘等级问题探讨

王坤

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西 忻州 034000）

2×27.5kV 双极真空断路器绝缘等级问题探讨

王坤

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西 忻州 034000）

在铁路牵引系统中，实现自耦变压器的供电，需要断路器与接触网馈电线路直接进行接通与断开。该断路器为2×27.5kV 双极真空断路器，在实际应用中，根据铁路运输的实际要求，需要设定 2×27.5kV 双极真空断路器的绝缘等级。在对T 线与AF线的非接地故障进行分析中，发现如果2×27.5kV双极真空断路器开断短路故障时，线路中的短路电压不平衡，严重的情况下会造成绝缘爆炸。基于此，本文对2×27.5kV双极真空断路器的绝缘等级进行研究，以提升线路中的电压稳定性。

2×27.5kV 双极真空断路器；绝缘等级问题；研究

在铁路牵引供电系统中，需要引入控制保护设备。在众多的功能设备中，断路器从性能上分析是最为可靠的控制和保护设备。牵引系统中有断路器的存在，其安全性能提升了很多。断路器在牵引供电系统中的应用，主要有两种方式：第一，供电系统正常的状况。在供电系统正常运行环节中，断路器能让一部分设备投入在系统中，或者使得一部分设备退出使用中；第二，在供电系统出现故障的情况下，断路器能够将故障部分直接从供电系统中切除，不影响电网正常运行。

1 2×27.5kV 双极真空断路器绝缘等级研究背景

目前，在铁路牵引系统中 2×27.5kV 双极真空断路器应用比较广泛，2×27.5kV 双极真空断路器的特点突出，其每一级上都设有一个灭弧室，并且这两个灭弧室分接在 T线和 AF线上。当线路连接完成之后，便形成了供电回路。对 2×27.5kV 双极真空断路器与 27.5kV 的断路器接地工频耐受电压值对比，额定电压在 27.5kV 的断路器，在额定雷电冲击相对地耐受电压为 185，在额定 1 分钟内的工频耐受电压有效值为 80；2×27.5kV 双极真空断路器在额定雷电冲击相对地耐受电压为 185，在额定 1分钟内的工频耐受电压有效值为 80。由此可见，两种方式中的耐受电压一致，那么在进行 2×27.5kV双极真空断路器的绝缘等级研究中，可以按照 27.5单级真空断路器的绝缘等级来进行研究。

单项双极断路器能够可靠的控制供电系统中的负荷电流，以及处理各类短路故障电流。但是也存在这一定的特殊情况，例如在 T线和 AF之间出现非接地短路故障时，2×27.5kV 双极真空断路器中每支灭弧室断口电容之间存在着较大的差异，使得在供电系统中的电容分布差异性明显。当两支灭弧室的电压极度不平衡的情况下，一旦一个灭弧室的电压超过了另一个灭弧室的电压范围，则会导致与线路连接的灭弧室击穿。而另一极就需要承受较大的电压，最终导致另一极也被击穿。

2 2×27.5kV 双极真空断路器应用与故障分析

（1）在自耦供电方式中的应用。AT 供电方式实际上是自耦供电方式，在铁路牵引系统中，自耦供电方式与传统的供电方式之间存在较大差别，传统的供电方式难以实现供电回路与馈线上的电压平衡，比较容易出现击穿的情况。为了提升牵引网的供电能力，引入自耦供电方式，该种方式是在传统的供电方式基础上，引入正馈线和自耦变压器，该种方式供电回路的电压为 55kV，机车的运行电压依然为 27.5kV。在这样的方式中，接触悬挂系统和正馈线上的电流是平衡的，相比于传统的供电方式，通信抗干扰能力比较强。2×27.5kV 双极真空断路器安装在AT供电系统中，主要安装在馈电线上，能够负责电路线的接通和断开功能。

（2）AT 短路故障。AT 供电方式存在很多类型的短路故障，故障类型的多发性与其结构特点有关，具体AT短路故障类型有：第一，接触网T线对地短路；第二，正馈线F线对地短路；第三，接触网T线和正馈线F线之间的接地短路；第四，正馈线与接触网T线之间的非接地短路。总体上，短路故障可以分为接地短路故障和非接地短路故障。将 2×27.5kV 双极真空断路器的开断安装在 T 线接触线上时，供电系统牵引变压器中心抽头和自耦变压器中心抽头全部都能够实现接地。

（3）非接地短路故障。目前，AT 供电方式中的非接地短路故障为开断T线与AF线之间的非接地短路故障。目前，在铁路专线 AT供电方式馈线短路的跳闸方式有多种：首先，在变电所中采取行动，变电所馈线断路器实现故障跳闸的一次重合；其次，分区所跳闸后采取检上、下行双侧有电压后，在进行重合的方式；第三，线路上各个AT变压器都会采取失压跳闸模式，然后检测到有电压时，在进行线路的重合。

在馈线AF上存在非接地短路故障，在短路故障被消除的情况下，供电线路中的重合闸也会成功。如果短路故障未消除，并且重合闸也不成功的情况下，线路中也不会产生二次合闸。在这样情况下，供电系统中的自耦变压器功能不发挥。

3 2×27.5kV 双极真空断路器短路故障解决措施

（1）提升 2×27.5kV 双极真空断路器的绝缘等级。在供电线路中的两个灭弧室中存在着严重的均压不稳定问题，实现均压，就需要对于现有的2×27.5kV 双极真空断路器中的灭弧室进行调整，具体的措施有：提升 2×27.5kV 双极真空断路器对于绝缘等级，提升灭弧室的电压等级等。在实现设备的对地绝缘水平提升环节中，需要将额定电压值改变，按照 55kV 额定电压进行调整。在这样的调整模式下，相对地工频耐受电压值高达 140kV，雷电冲击耐受电压为 325kV，该种方案设计比较理想。该种方案中所涉及的是 55kV 电压等级灭弧室，我国几个研究中心，在针对该方面内容进行研究。该种技术的研究之所以难度大，是因为其造价较一般的技术高很多并且所涉及的技术比较复杂，在实际应用中存在着很多不可取之处。

（2）均压电容的并联。均压电容是当前技术条件下实现两侧灭弧室灭弧环境和承受电压调整的主要手段，多以并联形式在线路中应用（图1），能够保证断路器在任何情况下发生任何类型的短路故障都正常动作。图1 中 Cp11、Cp21 灭弧室上端对地电容；CK1、CK2 为灭弧室断口电容；Cp12、Cp22 为灭弧室下端对地电容。

如图1 所示，并联电容 Cp1、Cp2 为并联的均压电容，与其匹配的断口电容为 CK1、CK2，在具象的安装活动中断口电容 CK1 和 CK2 的数值是极为接近的，而并联均压电容 Cp1、Cp2 的数值则需要满足两个条件：①并联均压电容的数值要远高于断口电容；②两个并联均压电容的数值要极为接近，理论上误差不能超过 10%，如果误差超过这一数值，系统内其他电容的数值就都会变化，整体的复杂程度会有较多提升，可靠性也会有不同程度的下降。在两组并联均压电容数值误差正常的情况下，需要对均压系数进行测量，要求均压电容在每一个级别的测量活动中的电压误差不能超过（0.5±0.05）U，即电量电容数值与平均值±5%的程度。

图1 并联电容等效示意图

（3）临时均压措施应用。面对正在运行的2×27.5kV 双极真空断路器，其存在故障时，需要对其各个端口的有效电容进行及时的检查。如果两极不同期时，将会出现不均匀的评估系数，基于这样的系数分析对于供电系统带来较为严重的影响，因此，需要采取临时均压措施，保障临时性问题被解决，并且在分闸的不同时期采取不同的均压措施，特别注意的是分闸不同时期一定要保持在2ms以内。

（4）2×27.5kV 双极真空断路器应用注意事项。将 2×27.5kV 双极真空断路器应用到短路故障中，注意与灭弧室断口绝缘连接，才能够保障对地绝缘水平提升到 55kV 等级以上。对于当前所使用的 2×27.5kV 双极真空断路器，为了保障供电线路的稳定运行，需要在断路器断口上并联电容器，该电容器上的电压必须为均压分布。

4 结语

综上所述，目前，在铁路牵引系统中 2×27.5kV双极真空断路器应用比较广泛，2×27.5kV 双极真空断路器的特点突出，其每一级上都设有一个灭弧室，并且这两个个灭弧室分接在 T线和 AF线上。AT供电方式存在着很多类型的短路故障，总体上，短路故障可以被分为接地短路故障和非接地短路故障。针对 2×27.5kV 双极真空断路器短路故障，需要提出相应的短路故障对策。首先，需要提升2×27.5kV 双极真空断路器的绝缘等级，然后对供电线路中的均压电容进行并联处理，最后针对电路中的临时故障，采取临时均压措施。

[1]翟铁久，涂大石，王燕楠 . 关于 2×27.5kV 双极真空断路器绝缘等级问题探讨 [J]. 高压电器，2012,02:102～106.

[2]李昊旻 . 126kV 真空断路器电机操动机构的研究 [D]. 沈阳工业大学，2014.

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