双母线隔离开关母线转换电流计算

双母线隔离开关母线转换电流计算

在变量装置中，隔离开关的主要功能是隔离线路，创建隔离绝缘间隙。然而，在带有双环形环形屏蔽的情况下，除了上述基本功能外，隔离开关还应用于转换连接线。不可避免地，转换线的输出（也称为循环）必须打开。输出流值可能接近系统的固定负荷率。通常隔离开关的分合闸速度比较低,大多是慢动作的,本体内部一般不设灭弧装置,结构相对简单,故隔离开关开合电流时的燃弧时间比较长,特别是对GIS设备,其产生的电弧会使触头烧损,并产生金属飞溅物,造成绝缘子表面严重污秽,将直接影响GIS的内绝缘性能,甚至不能确保变电站的安全运行。2隔离开关闭合接头转换电流图1为说明隔离开关在双母线中开合母线转换电流的操作顺序系统图,隔离开关DS11、DS12、DS22、母联GCB处于合闸状态,隔离开关DS21处于分闸状态,负荷电流i通过DS11、DS12、GCB分成i1、i2两条支路,而DS22通过全部负荷电流i,此时,若DS11分闸切断电流i1,则全电流i就只能通过DS12、DS22,该电流i1就称为隔离开关母线转换电流,即环流。(1)计算DS11开合母线转换电流i1u1=u2,i=i1+i2u1=i1Z1,u2=i2Z2由此可得:i1/i=Z2/(Z1+Z2)=L2/(L1+L2)(1)当L2≫L1时,i1/i=L1/(L1+L2)≈1,即:i1=i(2)(2)计算DS11断口恢复电压Δu=iZ0L2(3)以上各式中:i1为流过DS11的电流(A);i2为流过DS12的电流(A);u1为ae支路的电压降(V);u2为abcde支路的电压降(V);Z1为ae支路的线路阻抗(Ω);Z2为abcde支路的线路阻抗(Ω);Z0为支路单位长度的线路阻抗(Ω·m-1);L1为ae支路的线路长度(m);L2为abcde支路的线路长度(m)。以上分析表明:(1)隔离开关开合母线时,不仅要开合母线转换负荷电流,并且在隔离断口上存在一定的断口恢复电压,即母线转换电压;(2)随着i2支路长度的增加,隔离开关开合母线转换负荷电流增大,其极限值为全部负荷电流。3开断容量的影响隔离开关开合母线转换电流时,必须开合一定的环路负荷电流,但由于隔离开关的开合性能受到开断容量的限制,若开合负荷过重,将直接影响其使用寿命。故对隔离开关的开合母线转换电流能力必须从以下两方面共同采取措施。3.1在动触头端部装铜武器设备根据对ZF5-145型GIS中隔离开关开合母线转换电流开断试验情况的分析,普通隔离开关改进后作为母线隔离开关对开合母线转换电流是非常有效的:(1)改进普通隔离开关的触头结构,静触头处装设引弧铜钨合金棒,动触头端部装设一段铜钨合金块,这样大大提高了触头耐电弧能力。(2)操动机构采用过死点的电动弹簧机构,提高隔离开关的分合闸速度,缩短开断时的燃弧时间。ZF5-145型GIS的隔离开关改用电动弹簧机构后,分合闸速度达1.2m/s,可顺利地开合1600A、180V的母线转换电流(IEC标准规定为10V)。(3)另外,隔离开关本体内装设灭弧装置也是有效的,有关资料介绍,其内部装设类似于断路器的压气式、自能式、吸气式等型式的灭弧室,并已有试品出现。笔者认为,这样成本昂贵的复杂结构,针对隔离开关的功能来说,既不经济也没必要,其实这样已经把隔离开关变成负荷开关使用了。3.2隔离开关闭合接头转换电流的调整由于GIS独特的优越性,其产品近年来大量投入电网运行,国内现阶段,对电网中隔离开关开合母线转换电流的研究及其标准的制定刚刚起步,GIS设计、制造部门在进行主接线的设计或布置时,很少考虑母线对开合母线转换电流的影响,因此常常出现一些不合理的布置方式,同时,使用单位在倒换母线时,并未规定合理的切合顺序,常使隔离开关开合母线转换电流的负荷较大。为改善隔离开关开合母线转换电流的工作条件,建议:(1)GIS设计、制造部门在GIS总体配置设计布局时,要尽量减轻隔离开关切合环流的负荷。对于双母线,其母联间隔尽量靠近母线中部,使进(出)线间隔对称于母联间隔左右布置,因为开合母线转换电流的断口电压是通过母联间隔连通2段母线形成的,缩短其所连母线长度即可减小母线转换电流与负荷电流的比率、降低其断口恢复电压。对于存在2个或2个以上的进(出)线间隔时,应使母联隔位靠近负荷大的进(出)线间隔布置,这可加强母联的分流作用,从而降低隔离开关开合母线转换电流的电流值。(2)GIS使用部门在倒换线路时,应规定合理的切换顺序。对于间隔比较多的双母线结构,倒换母线时,应先开合靠近母联的进(出)线间隔母线隔离开关,最后切合远离母联的进(出线)间隔母线隔离开关。这样开合母线转换电流的电流值比较小,若最后开合靠近母联的进(出线)间隔母线隔离开关,其母线上进线总电流势必增加隔离开关开合母线转换电流的容量,其母线转换电流值可达母线上进线总电流的80%以上。4不同方案的对比下面以一台正投运的110kVGIS为例,分析主接线布置对隔离开关切合环流的影响。图2是变电站的双母线主接线图,根据GIS结构,经计算得:单位线路电阻R0=70μΩ/m,单位线路感抗X0=110μΩ/m,那么单位线路阻抗Z0=130μΩ/m。另外,线路电流I=400A,L1=3.2m(ae支路的线路长度),L2=15m(abcde支路的线路长度),由式(1)得:DS11开合母线转换电流I1与线路总电流I之比为:I1/I=L2/(L1+L2)=13/(3.2+13)=80.2%;则I1=400×80.2%=320A;DS11断口恢复耐压为:Δu=I1Z0(L2-L1)=0.4V。若母线隔位按图2虚线布置,此时,L1=3.2m,L2=39m(abc1d1e支路的线路长度),由式(1)得:I1/I=L2/(L1+L2)=39/(3.2+39)=92.4%,则I1=400×92.4%=370A;Δu=I1Z0(L2-L1)=1.8V。由不同方案对比说明,采用合理的布置方式不但可以减小隔离开关开合母线转换电流的数值,而且也使其断口电压显著降低;并进一步说明了GIS中隔离开关开合母线时,其母线转换电压(即断口电压)较低。5恢复电压过低由于GIS体积小、布置紧凑、线路连接母线较短,与分散型传统