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SF6氣體斷路器的性能評價和使用環(huán)境的變化分析

我國的電力系統(tǒng)隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的電力需求量急劇地增大，以及大容量電源也遠(yuǎn)距離化，為了率、高可靠性地送電而實現(xiàn)了送電設(shè)備的高電壓大容量化。隨著這種系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)張，則要求斷路器在實現(xiàn)高電壓大容量化的同時，保證系統(tǒng)仍能可靠地在各種各樣的嚴(yán)酷的條件下穩(wěn)定地運行。
        另外，為了降低變電站建設(shè)成本和設(shè)備運行成本、與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)等，還期望能夠降低斷路器的開斷斷口數(shù)以及進(jìn)一步小型化、提高設(shè)備異常和壽命診斷水平、減小噪音和振動。對斷路器開斷性能的評價和操作特性及機(jī)械壽命的評價等必須要結(jié)合斷路器的使用環(huán)境，將性能評價方法和評價基準(zhǔn)一直不斷地修改下去。
2.1    影響機(jī)械性能評價的系統(tǒng)及使用條件
        斷路器是系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備，故極其重要。為此．一直實施的是定期地且按統(tǒng)一內(nèi)容確認(rèn)斷路器的性能及健全性的檢查。但是由于提高設(shè)備可靠性和運行維護(hù)省力化的要求等，zui近傾向于省略掉6年一次的普通檢查等，延長檢查間隔。并且，針對SF6氣體中零件的內(nèi)部檢查也傾向于不實施定期檢查。主要采取通過外部診斷進(jìn)行確認(rèn)的方法。
        這樣一來，有關(guān)影響到操作性能和開斷性能的機(jī)械性能的診斷技術(shù)，從斷路器的開發(fā)階段開始，對設(shè)備的動作特性和強(qiáng)度•壽命評價都非常重要。下面對此方法做一介紹。
2.1.1    影響操作性能評價的系統(tǒng)及使用條件
        對斷路器而言，除要求它在系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)故障時履行開斷職責(zé)外，還要求它根據(jù)使用斷路器的系統(tǒng)·設(shè)備的使用條件和自然環(huán)境條件履行各種職責(zé)。
        （1）  安裝環(huán)境的變化
        由于變電站征地困難，為了有效地利用土地，在高層建筑物的地下設(shè)置變電站的例子已越來越多，從而要求包括斷路器在內(nèi)的GIS等設(shè)備的小型化。并且即使是戶外變電站，由于考慮到環(huán)境因素，也同樣要求設(shè)備要小型化。如三相共簡化和重疊組合化等。為此，就必須要進(jìn)行斷路器相間影響以及GIS元件之間的相互影響等的評價。
        此外，由于地下變電站一般多設(shè)置在行政辦公大樓及圖書館、大會堂等公共設(shè)施的地下，故要求進(jìn)一步降低操作振動。
        （2）周圍環(huán)境的變化
        在JEC-2300中，作為常規(guī)使用狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的周圍溫度為-20～40℃。而在日本全年溫度變化及1天的溫度變化都很大的自然環(huán)境下，仍要求在溫差很大的環(huán)境下能夠確實地動作。此外，不單單是周圍溫度的變化，還要求在因冰雪及放射冷卻等造成的急劇溫度下降、因日照的影響造成的暫時性溫度上升等苛刻的環(huán)境條件下也能使用?，F(xiàn)在以油壓操作及彈簧操作為主的SF6氣體斷路器由于周圍環(huán)境會使動作特性發(fā)生變化，所以預(yù)先掌握其傾向、進(jìn)行性能評價是很重要的。
        （3）  架空送電線用斷路器
        為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要求架空送電線路用斷路器具有快速重合閘操作功能。在275kV以上（一部分為154kV）進(jìn)行各相重合閘的事例很多，故必須對油壓和彈簧等操作裝置特性進(jìn)行一連串動作功能的評價。
        另外，為了調(diào)整電纜系統(tǒng)的無功功率，需要分合電纜線路，故也必須進(jìn)行頻繁操作的評價。
        （4）非頻繁操作
        許多斷路器一般不太動作，根據(jù)不同場合，有些斷路器2～3年以上也未動作一次。在長時間的靜止?fàn)顟B(tài)下一旦接受指令，操作裝置、整體驅(qū)動系統(tǒng)則必須要準(zhǔn)確地動作，因此非頻繁操作性能的評價很重要。
2.1.2    影響機(jī)械性能評價的系統(tǒng)及使用條件
        與上述相反，有的斷路器需要動作多次，故對機(jī)械方面的要求很嚴(yán)格。
        （1）頻繁分合操作功能
        zui近為了迅速滿足負(fù)荷變化的要求，需頻繁地調(diào)整火力發(fā)電廠和揚水發(fā)電站的輸出功率，增加發(fā)電機(jī)的起動、停止次數(shù)。例如有些地方幾乎每日都要通過DSS（Daily Start Stop）操作來進(jìn)行分合操作。為此，要求斷路器具有多次操作性能。這種開斷功能為勵磁電流開斷，非常地苛刻。另外，使用在電容器等調(diào)相設(shè)備中的開關(guān)，由于隨著負(fù)荷的變化要進(jìn)行日常頻繁地分合操作故也要求要具有頻繁操作功能。
        當(dāng)然，為了降低運行成本、維護(hù)省力，需要提高頻繁操作性能，因此，性能評價技術(shù)很重要。
2.2    影響開斷性能評價的系統(tǒng)及使用條件
        如前所述，為了和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，降低變電站的建設(shè)費用，設(shè)備的小型化是當(dāng)務(wù)之急。而實現(xiàn)小型化的技術(shù)良策關(guān)鍵就是斷路器的小型化，zui近通過熱氣流解析和電場解析等的數(shù)值解析技術(shù)、制造技術(shù)及試驗技術(shù)的提高，迅速地推進(jìn)了SF6氣體斷路器的高電壓化和開斷單元的大容量化。從而減少了開斷斷口數(shù)、通過減少零件個數(shù)提高了可靠性、隨著小型化和三相共簡化而縮小了安裝面積，提高了經(jīng)濟(jì)性。有關(guān)開斷斷口數(shù)，500kV 63kA設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)了單斷口。1000kV 63kA設(shè)備也已開發(fā)出了雙斷口。且275kV63kA設(shè)備已經(jīng)三相共簡化，為滿足這種小型化要求．開斷性能的評價技術(shù)已變得越來越重要。
2.2.1    影響有負(fù)荷開斷性能的系統(tǒng)條件
        （1）  開斷電流的增大
        由于發(fā)電機(jī)并聯(lián)臺數(shù)的增加以及電網(wǎng)的系統(tǒng)連系的加強(qiáng)，使相間短路和對地短路電流顯著地增大，現(xiàn)在，一部分275kV、500kA系統(tǒng)中需進(jìn)行63kA的電流開斷。為了控制相間短路、對地短路電流，必須采取設(shè)備增強(qiáng)及系統(tǒng)分?jǐn)?、母線分離運行等措施，但從設(shè)備投資方面、系統(tǒng)使用的可靠性方面來考慮是有困難的，要研究將來的開斷電流達(dá)80kA的問題。
        （2）  直流分量的增大
        隨著電源的集中，變壓器和發(fā)電機(jī)的阻抗占到短路阻抗一大半的系統(tǒng)擴(kuò)大后，直流部分的衰減時間常數(shù)超過了現(xiàn)行JEG標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的45ms（在500kA系統(tǒng)中為75ms）。
        （3）  TRV條件的多樣化
        隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜化，發(fā)生了一些新的系統(tǒng)現(xiàn)象和TRV過于苛刻。例如，在為抑制短路電流采用了放射狀系統(tǒng)的275kV系統(tǒng)中，由于并聯(lián)的送電線數(shù)量較少，通過變壓器從500kV側(cè)供給的故障電流增大，因此TRV十分苛刻，有時開斷電流達(dá)60kA、TRV上升率為4kV/μs。并且，在開斷線路遠(yuǎn)方故障的LIF開斷條件下，TRV峰值有時令超過規(guī)定值。
        （4）高電壓運行
        斷路器為系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備，考慮到因系流zui高電壓如變壓器過電流等造成的電壓調(diào)整的偏差，故其額定電壓是公稱電壓的1.1倍。因此，斷路器實際使用的系統(tǒng)電壓要比額定電壓低5～10%，即相對于斷路器的額定電壓有一定的裕度．zui近由于系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，斷路器在比過去更接近額定電壓的高電壓下運行的情況增加了。
        （5）  開斷電流的變化
        由于故障時的暫態(tài)過程會造成對地短路故障的故障電流發(fā)生高頻電流重疊，所以開斷電流會變化。這種高頻電流因送電線和變壓器的電阻會立即衰減。但是在1000kV系統(tǒng)中，有8個導(dǎo)體的多導(dǎo)體送電線路阻抗很小，使高頻電流的衰減很慢，從而它的影響很明顯。開斷電流變化了的場合，由于與正弦波相比，di/dt變大，TRV初始上升率十分苛刻，所以就需要研討開斷性能。
2.2.2    影響無負(fù)荷開斷性能的系統(tǒng)條件
        （1）  電纜系統(tǒng)的開斷功能
        伴隨著電纜系統(tǒng)的擴(kuò)張。線路延長了，在275kV系統(tǒng)中，線路長度超過了30km。該場合的無負(fù)荷充電電流達(dá)600A，大大地超過了200A的標(biāo)準(zhǔn)值。尤其是今后500kV電纜系統(tǒng)的使用，必須要開斷1000A的容性小電流。
        （2）  大容量并聯(lián)電容器開斷功能
        電容器組的投切對應(yīng)于負(fù)荷的變化，每天要很頻繁地進(jìn)行，這就要求具有頻繁操作性能。為此，一直多采用具有良好頻繁操作性能的真空開關(guān)。當(dāng)使用SF6氣體斷路器時，有時合閘予擊穿電弧的發(fā)生所造成的觸指的損耗會超過開斷電弧所造成的損耗。因此，在評價頻繁操作性能時，與一般的開斷試驗不同，要對合閘和開斷這兩個方面進(jìn)行充分驗證。
2.2.3    影響絕緣配合的系統(tǒng)條件
        在275kV電纜系統(tǒng)中由于充電電流非常大，作為補(bǔ)償設(shè)置了150MVA、200MVA的大容量并聯(lián)電抗器。在這種并聯(lián)電抗器開斷中，當(dāng)發(fā)生截流、重燃弧、高頻滅弧時，可能出現(xiàn)電壓增大的現(xiàn)象，有可能發(fā)生電壓升高，所以必須要掌握感性小電流開斷現(xiàn)象和控制分閘相位等措施。
2.2.4    需要使用電阻開斷方式的系統(tǒng)條件
        架空送電線的空氣絕緣距離（間隙）主要是由操作過電壓決定的。在1000kV級領(lǐng)域中，由于空氣絕緣特性呈飽和傾向，所以伴隨著斷路器操作的操作過電壓增大時，就會導(dǎo)致鐵塔的大型化。在操作過電壓中，有斷路器合閘及開斷時產(chǎn)生的過電壓和故障時感應(yīng)到健全相的對地短路過電壓，如果能控制在無控制手段的對地短路過電壓水平（1.6pu）的話，就可以實現(xiàn)合理的絕緣設(shè)計。因此，在1000kV系統(tǒng)中預(yù)計斷路器要加上500kV系統(tǒng)的電阻合閘，并且采用電阻開斷方式（1）（2）。合閘開斷電阻值接近于1000kV送電線的波阻抗值700Ω。
        由于使用的是電阻開斷方式、故開斷時的TRV不算苛刻，這是因為與無電阻場合相比，初始TRV上升率被控制住。在開斷性能的驗證方面，在原來以電容器作為電壓源的合成試驗法中，存在電容器的殘余電荷急劇地放電，不能獲得所需的TRV等問題，故開斷性能的驗證方法是一個問題。
2.3    小結(jié)
        隨著電力需求量的增加，系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜化、圍繞變電站環(huán)境的變化以及省力化維護(hù)等，期望實現(xiàn)斷路器的高電壓大容量化、小型化、高可靠性。圖2.1所示為斷路器所需的諸性能及期評價技術(shù)。針對這些要求，不但要開發(fā)設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)，還要開發(fā)斷路器的電氣和機(jī)械性能評價技術(shù)。這一點更加重要。

 智能微水儀
型 號：PSEHO
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詳細(xì)介紹
產(chǎn)品概述
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技術(shù)指標(biāo)
     微水范圍:  -60～＋20℃、精度:±1℃
     響應(yīng)時間:  （＋20℃）-60～＋20℃、5s（63%）45s（90%）20～-60℃、10s（63%）240s（90%）
     流量范圍:  0～1升/分鐘
     電        源:  交、直流兩用

；張春華       張   飛