1100kV滤波器小组断路器开断特性的研究

1100kV滤波器小组断路器开断特性的研究

在特高压输电工程中,换流站中主要设备有换流阀等非线性元件,运行时消耗大量无功同时也会产生谐波,导致交流系统的电流、电压波形发生畸变。因此,随着系统运行时工况不断变化,需要随时开断和关合与交流滤波器组和电容器组相连接的滤波器小组开关（断路器）,完成滤波器和电容器的投切任务,为满足工程需要,断路器需要具有很高的电寿命。

在开断过程中,电弧电流幅值较小、呈容性且含有大量谐波分量,电弧熄灭时触头开距很小,极易发生重击穿导致开断失败;在关合电容器组时会产生幅值、频率很高的涌流,使触头烧损、熔焊,降低灭弧室绝缘强度,在投切大容量组滤波器时对断路器的开断和关合能力要求更高。上海庙-山东特高压工程容量将提升至1000万千瓦,经论证,以往特高压直流工程中采的750kV滤波器用断路器已不能够满足需求,应将滤波器断路器的电压等级提升至1100kV。

该电压等级在国际尚属首例,亟需对其开断、关合特性进行研究。本课题依托国家自然科学基金重点项目（51637006）和国家电网公司特高压直流专项（GYB11201604850）,通过本课题组提出的非平衡态小电流电弧数学模型,计算不同SF₆气体压强、温度下的电弧等离子体电导率,并应用到1100kV滤波器小组断路器的气流场计算中,研究不同开断相角、不同触头烧损程度、不同充气压强、不同开断速度对断路器弧后介质恢复特性的影响,并对现有开断机械特性曲线提出了优化方案。

研究结果表明:开断相角为9π/10、5π/6、4π/5、3π/4、2π/3时,均可在电流过零时熄灭电弧,其中,开断相角为2π/3时断路器弧后重击穿裕度最高,建议设置选相开断的相角为2π/3附近;由于断路器频繁投切动作引起的触头烧损会引起电场畸变,熄弧后7ms内（小喷口打开）,烧损15°状态下介质恢复速度为139kV/ms,相比于无烧损状态降低了43.89%,

烧损20°状态下的介质恢复速度为110kv/ms,降低了81.8%,并且发生了重击穿;分析不同分闸速度对介质恢复速度的影响,当开断速度为9.35m/s时击穿裕度最大,开断速度为6.8m/s时发生了重击穿;对开断速度变化引起的介质恢复特性的变化进行研究,为断路器机械特性优化方案提出理论参考,断路器开断后15.48ms内,电场变化为主要影响因素,应增大5%速度,开断后17.6ms²2.9ms内,触头表面气流变化为主要影响因素,应增大10%速度,使小喷口快速打开,开断后30ms³7ms内,应减小5%速度,避免触头表面气体密度下降过快;开断39.7ms后,减小10%速度,以提高机械寿命。