断路器分合闸瞬间的不同期对电网稳定运行的影响

断路器分合闸瞬间的不同期对电网稳定运行的影响

李华军陈琼芳贾德伟张辉刘素芳

（国网安徽省阜阳供电公司安徽省阜阳市236000）

摘要：高压断路器在电网中主要起控制及保护两方面作用。控制作用指根据电力系统运行的需要，将部分线路或电气设备投入或退出运行，如变压器的投入或退出；保护作用指的是在电力线路或电气设备发生故障时，断路器接到继电保护装置发出的跳闸信号，将线路或故障电气设备从电网中迅速切除，确保电力系统的正常运行。要求这种不同期程度越小越好，断路器分合闸严重不同期，将造成线路或用电设备的非全相接入或切除，可能产生危及设备绝缘的过电压，对断路器的触头也会带来损伤，并造成发电机、变压器同期并列不良。因此对断路器进行三相同期性试验是很有必要的。

关键词：断路器；分合闸不同期；电力系统稳定

一、断路器动作时间分析

1.断路器的合闸时间

当电网中薄弱环节发生瞬间故障时，如果断路器合闸时间比规定值长，则会导致重合闸时间延长，严重情况下会导致系统解列。如果合闸时间小于规定时间，则会导致电流间隔时间变短，此时有可能因为重合闸不成功而导致线路非正常停电。从接到合闸指令瞬间起，到所有极的触头都接触瞬间的时间为断路器的合闸时间，此段时间为t1。

2.断路器的分闸时间

断路器的全开断时间t4包括固有分闸时间t2和燃弧时间t3。其中，从系统发生故障到继电保护发出跳闸指令的时间为保护的固有动作时间。从接到分闸指令瞬间起，到所有极的触头都分离瞬间的时间为固有分闸时间t2，从分离瞬间到电弧熄灭为止是断路器燃弧时间t3。表2是常见断路器的分断时间和全断开时间。

二、断路器分合闸时间不同期的故障

断路器分合闸不同期可能存在多种原因，比如断路器液压操作机构油路管道中存在气泡引起的不同期；断路器超行程造成分合闸时间不同期。断路器拉杆卡涩而造成分合闸时间不同期等，下面就液压操作机构油路管道中存在气泡引起的不同期做试验。

某变电站220kVSF6断路器因故障发生跳闸，由故障录波器测得三相合闸不同期时间为49ms，检修人员根据断路器机械特性测试仪测量得到断路器的分、合闸时间的数据。由试验数据可以得到B相的Ⅰ、Ⅱ断口合闸时间与A、C相的合闸时间差值明显大。排除试验接线、测试仪器、天气环境等因素的影响，检查SF6气体压力正常，电路无其他缺陷，转换开关行程符合规定。检查发现在液压操作机构油路管道中存有残余气泡，在将油路管道气体排净后再进行试验，得到了相关试验数据。

三、断路器动作时间对电力系统稳定运行的影响

电网安全可靠运行需要对系统多方面因素进行综合考虑。改善电网结构，保证系统充足无功裕度，加强坚强智能电网建设是稳定运行的基础；低周减载、无功补偿等是电网稳定运行的重要措施。而选择动作时间符合规程、机械性能良好的断路器，维持继电保护装置固有动作时间的稳定，以最大程度满足电力系统稳定运行的要求，也是十分重要的，为此对断路器的动作时间做出如下要求。

1.断路器相间分闸、合闸不同步时间

如果断路器相间分闸存在不同步问题，那么对电网安全稳定运行将产生很大危害。分闸不同步时间大于规程，则等于电力系统一定时间内的非全相运行。由此产生的不对称电流则可能导致继电保护装置误动作。如果断路器相间含闸存在不同步问题，则会直接影响到系统中性点的运行，同样会对电网造成严重危害。IEC标准规定断路器相间合闸不同步时间应在5～10ms之间。国产LW6-220型断路器分闸不同步时间3ms，合闸不同步时间为5ms。

2.电流间隔时间

断路器无电流间隔时间必须符合标准规定才能确保电网的安全稳定运行，否则当线路发生故障，需要重合闸时，由于短时间内断路器刚刚切除过一次系统故障，此时灭弧室内断口处的介质强度有所下降，当需要再次切除故障时，灭弧能力可能受到影响。在切除瞬时性故障线路的情况下，则要求断路器能在断开电源、故障消失后尽快合闸恢复供电。我国标准规定110kV以下电压等级的断路器无电流间隔时间为0.5s，110kV断路器无电流间隔时间为0.3s。

3.预计穿时间

所谓预击穿时间是指断路器在刚合前，静触头与动触头间因放电提前导通，即在刚合前由于产生电弧而导致导通的时间。断路器在切断短路故障时因产生电弧而提前接通，电弧长度会随着预击穿时间的增长而变长，电弧所产生的能量可以将灭弧室断口处的油气化，同时由于电流间相互存在的电动力均阻碍断路器进行合闸，使其关合能力降低。为保证电力系统的安全稳定运行，要求选择的断路器有良好的动作时间特性和严格的预击穿时间。

四、结论

日常巡视过程中应检查断路器操作机构工作情况，同时掌握不同断路器操作机构的分、合闸动作方式。结合历年（次）断路器的例行试验数据以及当前断路器的运行状况对其进行综合分析判断。当出现异常情况时，应重点检查分合闸线圈铁心是否吸合良好，分、合闸控制回路是否正常，如控制回路的端子排接线是否有松动，转换开关行程是否合适等。

定期对实验仪器进行校验，以确保仪器的使用精度。同时也应避免由试验人员、试验方法及试验仪器造成的误差，在每次检修后要按照严格的作业流程对断路器进行正确的试验，用试验数据判断和发现问题，以提高检修质量，维护好断路器。断路器在系统中有着重要作用，由于非全相运行时各序电压和电流会造成系统不同期现象，由此可能导致电网中的继电保护误动作或越级跳闸，造成严重事故。运行中既需要由非全相判别回路和灵敏的负序电流元件组成的非全相运行保护，也必须考虑在保护动作时间整定时躲过断路器分合闸瞬间的不同期现象（一般t=0.2～0.5s便可躲过）。下面对断路器的使用提出如下几点建议，以保证电力系统安全稳定运行：

（1）在调整时，要使断路器各种动作时间均符合电网运行技术条件的规定，并应反复测量、验证，使参数在运行中不会随意变化，保证断路器性能稳定。

（2）在进行新建、扩建及更换老旧设备时，应首先选用燃弧时间短、动作特性好、预击穿时间短的断路器，同时，断路器的性能应稳定，以保证电力系统可靠持续供电的要求。

（3）断路器经过大修后，在进行测量、调整各个动作时间参数时应与继电保护装置相互配合，使其达到技术条件的要求。同时，继电保护装置的固有动作时间也应保持稳定，在电力系统安全稳定的计算分析中，要以断路器产品使用说明书中所给定的最不利的数值作为依据。

（4）断路器在新安装投入使用时要保证施工工艺质量，在检修预试时，要保证检修质量，维护要及时，不要因灭弧室内断口间的绝缘强度不够或下降，在分、合闸过程中使开断性能变坏，或加大了预击穿时间，从而影响断路器关合性能。

结语

对于在系统中占重要作用的操作断路器,当非全相运行时由于各序电流和电压造成的不同期现象可能引起电力系统中其他保护越级跳闸,或继电保护误动作,造成严重事故.运行中不仅需要由灵敏的负序电流元件和非全相判别回路组成的非全相运行保护.而且,在保护动作时间整定时必须考虑躲过断路器分合闸瞬间的不同期现象。

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