真空斷路器教材

真空斷路器基于快速開關(guān)與短路故障快速識別的快速控制技術(shù)對于企業(yè)電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及開發(fā)應(yīng)用1技術(shù)關(guān)鍵之一：快速開關(guān)●快速渦流驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理絕緣子★快速真空接觸器●快速真空斷路器的開發(fā)★快速真空斷路器★開關(guān)式消弧裝置●快速真空斷路器的驗證★策劃生產(chǎn)基地●快速開關(guān)的批量生產(chǎn)★聘請德國專家★產(chǎn)品批量生產(chǎn)●短路故障快速識別技術(shù)關(guān)鍵之二：快速識別●大量的應(yīng)用實踐●短路故障的過零開斷配網(wǎng)低電壓治理與節(jié)能方案●重負荷長距離輸電的電壓質(zhì)量治理★線路壓降對末端電壓的影響

RX12★長線路重負載時末端電壓不合格

案例1：94km的110kV線路，末端35kV母線電壓72.86%

案例3：89km的35kV線路，末端10kV母線電壓84.61%

案例4：25km的10kV線路，末端10kV母線電壓79.0%

案例2：76km的110kV線路，末端35kV母線電壓82.86%★長線路輕載或空載末端電壓翹尾RX12

b/2b/2★長線路重負載低電壓治理方案分析▲并聯(lián)補償

▲調(diào)分接頭

▲普通串補

★技術(shù)復(fù)雜、可靠性差

★造價較高、性價比低

★響應(yīng)速度慢、不能解決電壓波動

★最多只能提高10%★動作壽命低、維護工作量大

★不能解決電壓波動

★補償電容器必須承受短路沖擊

★結(jié)構(gòu)龐大、造價昂貴

★技術(shù)復(fù)雜、可靠性差

★開關(guān)式中高壓新型串補裝置▲技術(shù)關(guān)鍵

★快速開關(guān)

★快速識別

★氧化鋅閥片的動態(tài)均能

▲構(gòu)成原理

▲應(yīng)用效果

綜合指標(biāo)線路電壓末端電壓偏差補后電壓偏差節(jié)省投資幅度案例1220kV/76km-31.82%-6.35%46.67%案例2110kV/95km-15.35%-5.58%78%案例3110kV/76km17.14%-8.51%78%案例435kV/km末端電壓84.61%末端電壓95.3%54%案例510kV/25km末端電壓79.0%末端電壓93.0%60%▲新型串補裝置的節(jié)能效果

線路電壓

線路電流網(wǎng)損

電壓等級工程投資降低網(wǎng)損經(jīng)濟效益回收年線220kV1600萬元788.6萬kWh394.3萬元4.058年110kV260萬元87.37萬kWh43.68萬元5.952年●限流電抗器電能損耗與電壓降治理★限流電抗器的電能損耗▲發(fā)熱損耗▲無功損耗▲綜合損耗電抗器參數(shù)綜合損耗年電能損耗年經(jīng)濟損失10kV、4000A、13.5%383.88kW307.1萬kWh153.6萬元10kV、2500A、10.0%217.13kW173.7萬kWh68.8萬元35kV、1500A、2.5%273.25kW218.6萬kWh109.3萬元★限流電抗器對電壓質(zhì)量的影響

★限流電抗器的漏磁場問題▲惡化電磁環(huán)境

▲附加發(fā)熱損耗

★限流電抗器節(jié)能控制裝置關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用成果●2013年獲得兩項“國際領(lǐng)先”的科研成果●2013年被國家電網(wǎng)列入“新技術(shù)推廣目錄”●2014年被列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄●2014年“成套快切”獲評“國際領(lǐng)先水平”●2015年獲國家電網(wǎng)公司“科技成果一等獎”電纜電網(wǎng)消弧選線方案2■線路電纜化導(dǎo)致的接地處理難題★電纜線路接地電弧熄滅后故障仍然存在①固體絕緣—絕大多數(shù)為永久性故障②高頻電流破壞了電弧自熄的條件③消弧線圈不能再創(chuàng)造電弧熄滅條件●線路電纜化導(dǎo)致傳統(tǒng)接地處理方法失效▲穩(wěn)態(tài)電流Ic增大25～50倍▲高頻電流增大至少十幾倍甚至數(shù)十倍▲高頻電流作用的時間大大延長增大數(shù)千倍很快形成相間短路★故障發(fā)展迅速—人工選線失靈▲高電壓導(dǎo)致兩相異地短路事故很快形成兩相異地短路高幅值弧光接地過電壓連鎖跳閘事故連鎖跳閘事故★消弧線圈補償作用失效▲補償后的阻性電流超過了自熄電流線路電纜化接地電弧不能自熄▲補償后的殘流過大電弧不能自熄▲消弧線圈不能補償高頻電流□高頻電流增大至少十幾倍甚至數(shù)十倍□高頻電流作用的時間大大延長ω■電纜電網(wǎng)接地故障處理的瓶頸①快速有效控制接地故障的發(fā)展▲盡快有效熄滅接地電弧▲盡快限制過電壓到安全水平▲要能維持運行至少2小時②快速準(zhǔn)確地選出故障線路★以跳閘為目的加速故障發(fā)展的選線▲中性點采用小電阻接地方式□以犧牲供電可靠性為代價□只能在少數(shù)城區(qū)電網(wǎng)嘗試□我國權(quán)威專家給予的評價▲消弧線圈并聯(lián)中值電阻接地方式□正常時經(jīng)消弧線圈接地□發(fā)生單相接地時投入中阻□選出故障線路后必須跳閘▲消弧線圈結(jié)合“觸點消弧”的脈沖選線□正常時消弧線圈不投□發(fā)生單相接地先投入觸點消弧□消弧線圈調(diào)諧后退出觸點消弧□永久故障時啟動“脈沖選線”▲加大脫諧度的殘流增量選線□正常時經(jīng)消弧線圈接地□發(fā)生單相接地時拉大脫諧度□選出故障線路后必須跳閘▲基波穩(wěn)態(tài)量分析原理□比相法、比幅法、群體比相比幅法□功率方向法、有功分量法□時序鑒別法、導(dǎo)納法★不加速也不控制故障發(fā)展的選線▲各種暫態(tài)量分析原理□首半波法□小波法□能量法□暫態(tài)分量法▲外加微小信號法□行波法□外加高頻信號法▲諧波穩(wěn)態(tài)量分析原理①非故障相鐵磁元件發(fā)生飽和原理描述②飽和后的鐵磁元件輸出諧波電流③諧波電流以3次和5次諧波為主④故障線路諧波電流最大方向相反⑤采用比相、比幅或功率法選線■線路電纜化導(dǎo)致的接地處理難題★固體絕緣—電弧熄滅后絕緣不能恢復(fù)●傳統(tǒng)設(shè)法熄滅接地電弧的做法失效★高頻電流破壞了電弧自熄的條件★消弧線圈不能重新創(chuàng)造電弧熄滅的條件▲穩(wěn)態(tài)電流Ic增大25～50倍▲高頻電流增大至少十幾倍甚至數(shù)十倍▲高頻電流作用的時間大大延長增大數(shù)千倍很快形成相間短路★大電弧很快破壞相間絕緣●故障發(fā)展迅速—人工選線失靈很快形成兩相異地短路高幅值弧光接地過電壓連鎖跳閘事故連鎖跳閘事故★高電壓導(dǎo)致兩相異地短路事故★補償后的阻性電流超過了自熄電流線路電纜化接地電弧不能自熄●消弧線圈補償效果失效★補償后的殘流電弧不能自熄●小電阻接地方式實施困難①供電可靠性的要求②瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對設(shè)備的影響③對通訊的影響④對繼電保護的要求⑤本地的運行經(jīng)驗■降低電纜電網(wǎng)接地跳閘率的瓶頸①快速有效控制接地故障的發(fā)展▲盡快有效熄滅接地電弧▲盡快限制過電壓到安全水平▲要能維持運行至少2小時②快速準(zhǔn)確地選出故障線路★以跳閘為目的加速故障發(fā)展的選線▲中性點采用小電阻接地方式▲消弧線圈并聯(lián)中值電阻方式▲人為拉大消弧線圈的脫諧度▲基波穩(wěn)態(tài)量分析原理□比相法、比幅法、群體比相比幅法□功率方向法、有功分量法□時序鑒別法、導(dǎo)納法★不加速也不控制故障發(fā)展的選線▲各種暫態(tài)量分析原理□首半波法□小波法□能量法□暫態(tài)分量法▲外加微小信號法□行波法□外加高頻信號法▲諧波穩(wěn)態(tài)量分析原理①非故障相鐵磁元件發(fā)生飽和原理描述②飽和后的鐵磁元件輸出諧波電流③諧波電流以3次和5次諧波為主④故障線路諧波電流最大方向相反⑤采用比相、比幅或功率法選線●早期“熔絲式”消弧選線裝置★功能配置的不合理問題★上下級配合不協(xié)調(diào)問題★限流熔斷器開斷安全性★城網(wǎng)供電時的動作程序■開關(guān)式配網(wǎng)消弧選線裝置●開關(guān)式消弧選線裝置的構(gòu)成★自脫離免維護過電壓保護器BOD★電壓互感器YH及熔斷器RD★隔離開關(guān)GN★分相控制的快速接地開關(guān)JZ★微機綜合控制器★接地電流互感器LH★導(dǎo)體式強阻尼抑制器DR●開關(guān)式消弧選線裝置的原理★“消弧”原理★“選線”原理▲微機二次消諧裝置的效果▲不飽PT和抗飽和PT的采用▲一次消諧器的選型與設(shè)計★“消諧”原理過電壓飽和深度飽和嚴(yán)重過載燒PT、爆保險電感下降鐵磁諧振分頻諧振基頻、高頻諧振●裝置的功能特點★功能強大接地保護、自動選線、綜合消諧、越限報警運行監(jiān)測、缺相報警、事件記憶、數(shù)據(jù)遠傳★適應(yīng)性強電纜電網(wǎng)、混合電網(wǎng)、企業(yè)電網(wǎng)、成交配網(wǎng)★動作迅速在20ms之內(nèi)將故障相直接接地控制故障發(fā)展★準(zhǔn)確率高利用電弧熄滅前后線路零序電流的變化選線★維護簡單動作后30s自動復(fù)位、兩相異地短路快速開斷●裝置的現(xiàn)場實施★外形參考尺寸1000×1450×2260★方案的實施方案1：利用擴建空間裝設(shè)開關(guān)式消弧選線裝置方案2：開關(guān)式消弧選線裝置替換電壓互感器柜方案3：取消消弧線圈安裝開關(guān)式消弧選線裝置方案4：電壓互感器柜改成開關(guān)式消弧選線裝置●裝置的應(yīng)用業(yè)績■中壓配網(wǎng)的中性點接地方式●建國初期中性點接地方式★選擇的原則電弧的最小熄滅電流有效值★標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定①3～10kV供配電系統(tǒng)：30A②35kV配電網(wǎng)：10A③發(fā)電機回路：5A★實施的效果基本滿足當(dāng)初負荷對可靠性的要求●DL/T620對架空電網(wǎng)接地方式的調(diào)整★長放電間隙①3～6kV架空電網(wǎng)：30A②10kV架空電網(wǎng)：20A③35kV架空電網(wǎng)：10A★短放電間隙①3～6kV架空電網(wǎng)：10A②10kV架空電網(wǎng)：10A③35kV架空電網(wǎng):10A●DL/T620對發(fā)電機接地方式的細化★帶接地運行①出口電壓為6kV：4A②出口電壓為10kV：3A③出口電壓為13.8～25.75kV：2A★不帶接地運行①高阻接地：10A④出口電壓為18～20kV：1A運行電壓↑→自熄電流↓●中性點接地方式調(diào)整的規(guī)律★與運行電壓的關(guān)系★與電弧長度的關(guān)系電弧長度↓→自熄電流↓●電纜電網(wǎng)的中性點接地方式★DL/T620推薦的選擇方法①第3.1.2條第c款：3～10kV電纜電網(wǎng)30A②第3.1.4條：3～35kV電纜電網(wǎng)：

可以采用小電阻接地方式★DL/T620推薦的電纜電網(wǎng)接地方式前后不符運行電壓↑→自熄電流↓電弧長度↓→自熄電流↓★DL/T620推薦的接地方式不適合企業(yè)電網(wǎng)①供電可靠性的要求②瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對設(shè)備的影響③對通訊的影響④對繼電保護的要求⑤本地的運行經(jīng)驗●2003年全國電氣中心組會議的共識★小電阻接地方式僅限于國外總包工程★國內(nèi)或國外可控工程采用非有效接地①電纜電網(wǎng)接地故障跳閘率過高問題②電纜電網(wǎng)過電壓防護及避雷器爆炸問題③燒PT爆保險問題●電纜電網(wǎng)運行中的問題①消弧消諧柜的實際效果不盡人意②小電流選線裝置準(zhǔn)確率太低③過電壓保護器行業(yè)的混亂現(xiàn)象●經(jīng)過十幾年的嘗試效果不佳●個別商家的炒作與誤導(dǎo)▲消弧柜與消弧線圈構(gòu)成接地管理系統(tǒng)★構(gòu)成與原理★消弧柜★消線圈★接地變及綜合控制系統(tǒng)★發(fā)生接地時先將接地變直接接地10ms★實現(xiàn)脈沖選線判斷故障支路和類型★完成選線后啟動消弧柜和消弧線圈★消弧線圈穩(wěn)定后退出消弧柜★故障消除后退出消弧線圈★誤導(dǎo)與質(zhì)疑①所謂“脈選”對故障點的加速破壞②消弧線圈的作用及其必要性③整套裝置性價比是否合理●中性點經(jīng)非線性電阻接地UCiUgU1mA100Au1mAACBUBUCUA▲正常運行漏電流很小▲金屬接地1mA左右▲弧光接地超過100A▲弧光接地維持0.3s短路電流超標(biāo)治理方案3電網(wǎng)的短路電流超標(biāo)問題●母線短路容量越來越大★單機容量增加★電源并列運行★系統(tǒng)擴建●斷路器的開斷能力問題★大型發(fā)電機出口廠用分支無保護★系統(tǒng)增容后原有斷路器的開斷能力問題★31.5kA以上斷路器的造價問題★高壓超高壓電網(wǎng)短路電流超過63kA●110kV及以上大型變壓器事故問題▲統(tǒng)計數(shù)據(jù)★1995～2000年超過400臺次，2000～2005年近300臺次★2004年國家電網(wǎng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)★近年西北、西南、內(nèi)蒙地區(qū)時有發(fā)生▲沖擊倍數(shù)★一般為6～7倍★個別接近5倍▲解決對策★在變壓器出口實施限流措施★限制到額定電流的4倍左右●有損耗限流措施▲限流電抗器的電能損耗、電磁干擾和

低壓問題★電抗器的總損耗目前的短路電流限制措施★電抗器的經(jīng)濟損失○10kV/4.0kA/13.5%/30kW----307.1萬kWh，153.6萬元○35kV/1.5kA/2.5%----218.6萬kWh，109.3萬元○10kV/2.5kA/10%/45kW----173.7萬kWh，68.8萬元○10kV/1.5kA/10%/30kW----83.5萬kWh，41.7萬元▲高阻抗變壓器★與限流電抗器相比只解決了漏磁場問題★電能損耗和電壓波動問題依然存在▲系統(tǒng)解列運行★對負荷的供電可靠性問題★變壓器的經(jīng)濟運行問題★不同區(qū)域的供用電的平衡問題★孤網(wǎng)運行電壓和頻率質(zhì)量問題●節(jié)能型限流措施▲LC串聯(lián)諧振型限流器★正常時串聯(lián)電容器與限流電抗器運行在工頻諧振點附近★短路時迅速短接串聯(lián)電容器由限流電抗器限制短路電流▲直流偏磁限流電抗器★正常時通入偏磁電流使電抗器工作在飽和的低阻抗?fàn)顟B(tài)★短路時迅速撤出直流偏磁使限流電抗器工作在不飽和的高阻抗?fàn)顟B(tài)●無損耗限流措施▲電弧驅(qū)動式限流器★正常時主觸頭閉合，短路時靠觸頭間的電弧電阻限流★存在運行壽命、可靠性及維護工作量問題▲電子開關(guān)式限流器★正常時電子開關(guān)將電抗器短接，短路時將電抗器串入★存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差的問題▲超導(dǎo)型限流器★參數(shù)低、滿足不了電網(wǎng)需要★體積龐大、造價昂貴、技術(shù)復(fù)雜、可靠性差大容量快速開關(guān)FSR的開發(fā)與應(yīng)用●工作原理★正常時FSR將電抗器短接，處于零損耗狀態(tài)★短路時FSR在1ms左右使電抗器投入限流●應(yīng)用實踐★2001年開始應(yīng)用至今已運行上萬臺年★2009年35kV戶外式零損耗限流裝置投運●效果評價★結(jié)構(gòu)簡單便于實施★造價低廉性價比高★維護量大推廣受限無損耗深度限流裝置的開發(fā)實踐●裝置的組成與結(jié)構(gòu)●裝置的現(xiàn)場圖片●裝置的現(xiàn)場圖片▲用于主變壓器出口★有效防止變壓器損壞事故★大幅度降低母線短路容量●裝置的典型應(yīng)用方案▲用于母聯(lián)斷路器回路★有效降低并列運行時的短路電流★大幅度降低系統(tǒng)擴建時的投資▲用于自備機組出口★解決短路電流超標(biāo)★解決動熱穩(wěn)定問題▲用于發(fā)電廠廠用分支★廠用分支斷路器選型的難題★避免對廠用變等設(shè)備的巨大沖擊連續(xù)供電技術(shù)與應(yīng)用4tt0/0Ut1/20t2/60t3/70Ue暫降發(fā)生故障保護出口開關(guān)跳閘故障切除故障系統(tǒng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)正常系統(tǒng)電壓暫降的形成與后果●電壓暫降的形成●電壓暫降（晃電）的后果★變頻器停止供電▲時間常數(shù)43.5ms

▲放電時間16.16ms

20ms★變頻器停止供電的后果①企業(yè)重要生產(chǎn)設(shè)備停運④廠用高壓變頻器低電壓穿越失?、陔妱訖C轉(zhuǎn)速波動導(dǎo)致次品③精密加工行業(yè)造成斷絲等廢品★控制類設(shè)備無壓釋放▲20～

30ms后交流接觸器釋放▲30～

40ms后交流電磁閥釋放▲20～

30ms后低電壓保護動作連跳主機停生產(chǎn)線設(shè)備停運★對電動機的沖擊▲電動機承受兩次大電流沖擊▲電壓恢復(fù)時電動機群對系統(tǒng)的沖擊反饋電流啟動電流現(xiàn)行措施與效果★現(xiàn)行措施①光纖縱差保護②縮短時限級差★實施效果①對非敏感負荷②對敏感負荷●快速隔離故障區(qū)域●雙電源快速切換“裝置”★現(xiàn)行措施▲判斷時間：2～12ms▲分閘時間：40～60ms▲合閘時間：40～60ms▲燃弧時間：10～20mstt0故障開始t1分閘指令t4主開關(guān)分t2無壓釋放停止供電t3電磁閥關(guān)t6故障隔離t5合閘指令t7電源切換012ms20ms30ms52～72ms1281022～42ms1062～82ms0～1062～92ms40～60ms102～152ms★雙電源切換實施效果①對非敏感負荷200～300ms②對敏感負荷不能連續(xù)供電③同期捕捉困難④系統(tǒng)配合●高壓變頻器的低電壓穿越★現(xiàn)行措施①加大儲能電容量②直流母線電壓續(xù)航③電動機動能回收★低電壓穿越實施效果①設(shè)備造價②運行維護③電機出力用作連續(xù)供電的產(chǎn)品開發(fā)★構(gòu)成●基于快速控制的無擾動快切裝置執(zhí)行部件快速開關(guān)控制部件快速識別結(jié)構(gòu)特點成套供貨★指標(biāo)15ms之內(nèi)并行切換變頻、控制30ms之內(nèi)串行切換電動機★切換裝置的試驗考核①區(qū)內(nèi)短路：只切不投②區(qū)外短路：快速切換③電源開路：快速切換▲區(qū)內(nèi)故障—“單相短路”★切換的實錄波形故障開始跳閘指令故障切除▲區(qū)外故障—“兩相短路”故障開始跳閘指令故障隔離合閘指令切換成功▲電源開路—“斷電”故障開始跳閘指令合閘指令切換成功★裝置構(gòu)成●基于快速開關(guān)的母線電壓保持裝置★工作原理★主要功能快速恢復(fù)電壓自動恢復(fù)運行常規(guī)綜保功能★產(chǎn)品種類①阻開式②阻抗式③直開式用在總站用在改造直供支線連續(xù)供電的整體解決方案●外網(wǎng)故障時的無擾動快切方案★外網(wǎng)短路導(dǎo)致的電壓暫降★進線短路導(dǎo)致的電源失電★進線開路導(dǎo)致的電源失電★中壓變頻器的無擾動切換▲切換方式并行切換▲切換時間＜15ms▲適應(yīng)故障類型凹陷、短路、開路▲切換方式串行切換▲切換時間＜15ms▲適應(yīng)設(shè)備各類設(shè)備★低壓配變的整體切換★中壓大型電機的無擾動切換▲切換方式串行切換▲切換時間＜30ms▲適應(yīng)故障類型凹陷、短路、開路●內(nèi)網(wǎng)故障關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的快速自愈★高阻抗隔離▲任一條支路故障只影響1/10▲90%的區(qū)域20ms之內(nèi)恢復(fù)電壓★限流裝置的分區(qū)隔離原理①正常時快速換流器閉合③按殘壓設(shè)計深度限流器②短路時串入深度限流器★重要敏感設(shè)備的無擾動快切方案①中壓變頻設(shè)備采用中壓成套快切②低壓重要輔機采用低壓成套快切③重要中壓電機采用中壓成套快切★非敏感重要負荷的普通快切方案▲熱力負荷▲短時斷續(xù)工作制的負荷▲不至于造成停產(chǎn)允許再啟動的電機▲動作總降6、10kV主進線與母聯(lián)開關(guān)★防止生產(chǎn)設(shè)備損壞的備自投方案▲檢定無壓后投入備用電源▲適于35kV及以上電壓等級▲適于自備機組和保安電力●具有雙電源供電的外網(wǎng)晃電應(yīng)用案例連續(xù)供電技術(shù)的應(yīng)用案例中壓變頻設(shè)備控制器D①重要敏感設(shè)備—30ms內(nèi)快速切換②重要生產(chǎn)設(shè)備—500ms內(nèi)切換③非敏感重要設(shè)備—1000ms內(nèi)切換④其他重要設(shè)備—數(shù)秒內(nèi)切換Ⅰ級快切Ⅱ級快切備自投非重要回路的高阻抗快切隔離直供負荷支路直開式：101、102，

204、205。開閉所的進線阻開式：103、104、105，201、202、203。101102204205103104201202105203●具有雙電源供電的內(nèi)網(wǎng)晃電應(yīng)用案例重要輔機①高阻抗快速隔離

—直配負荷采用直開式、

其他支路采用阻開式②重要敏感負荷

—重要輔機、重要變頻

特殊電機③非敏感重要負荷

—熱力設(shè)備、短時工作

允許500ms電壓暫降④非敏感重要負荷

—熱力設(shè)備、短時工作

允許1000ms電壓暫降●具有單電源供電的內(nèi)網(wǎng)晃電應(yīng)用案例控制器C1C2AVTVTVAV重要敏感負荷母線K1短路點總電流110kV電壓1