隔离开关操作速度对VFTO的影响试验结果分析

本节将河南平高电气股份有限公司（简称平高）试验回路的隔离开关分闸操作速度由约1.7m/s降至0.7m/s，开展了450组不预充直流情况下的隔离开关带电操作试验，研究隔离开关操作速度对VFTO特性的影响。

7.10.3.1　隔离开关速度的调整

前期研究表明，隔离开关操作速度对于残余电压的分布影响明显，而残余电压直接影响后续击穿的初始条件，进而影响后续击穿产生的VFTO。尤其是分闸末次击穿残余电压，对下次合闸首次击穿VFTO的影响更大。通常而言，合闸首次击穿容易产生较严重的VFTO，因此，隔离开关速度调整应侧重改变分闸速度，以考核分闸末次击穿残余电压的概率分布及由此引起的合闸最大VFTO幅值和概率分布的变化，进而获得操作速度对VFTO的影响。据此，本次隔离开关调速侧重分闸速度的调整。

调速试验选择在平高试验回路开展，目标是将隔离开关分闸速度由原来的约1.7m/s降低至0.7m/s，合闸速度不做要求。平高试验回路采用电动弹簧操动机构，经过尝试和筛选，调速方案确定为把原来缓冲器中带过油孔的油缸换成不带过油孔的油缸，通过增大缓冲来降低操作速度。由于降低分闸速度技术措施的原因，导致合闸速度出现了一定的分散性。隔离开关调速后实测操作速度及与调速之前操作速度的对比如表7-14所示。

表7-14　平高隔离开关调速前后技术参数

由调速结果可知，合闸速度约降低到原速度的80%，分闸速度约降低到原速度的40%。分闸速度降低明显，隔离开关操作试验能够充分考察速度对VFTO特性的影响。

7.10.3.2　试验条件

试验接线如图7-43所示，在试验回路分支母线长度9m，空载短母线无预充直流电压条件下开展了450次试验，试验测量点1～4已在图7-43中标出。

图7-43　平高试验回路隔离开关操作速度对VFTO影响的试验接线

7.10.3.3　VFTO波形比较

1）VFTO全过程波形

VFTO全过程波形和击穿次数受隔离开关操作速度影响较大。调速前后VFTO全过程实测波形如图7-44所示。

图7-44　调速前后负载侧测点1实测VFTO波形

隔离开关操作速度降低时，合闸过程的预击穿时间和分闸过程的燃弧时间均变长，触头间隙击穿次数随之增多，VFTO全过程持续时间加长。本次调速试验中，由于分闸速度降低较多，这种变化在分闸VFTO波形上表现更加明显。如图7-44（c）、（d）所示，调速后分闸VFTO波形击穿次数明显增多，持续时间明显增大。

2）VFTO全过程击穿次数

对调速前后合、分闸VFTO全过程波形中击穿电压超过0.3p.u.的击穿次数进行统计，从统计结果看，调速后合闸过程平均击穿次数略有增加，但与调速前击穿次数相差很小；调速后分闸过程平均击穿次数显著增加（约为15次），较之调速前明显增多。(www.xing528.com)

7.10.3.4　VFTO特性统计分析

隔离开关操作速度的改变将主要影响与断口间隙击穿全过程相关的VFTO特性，对VFTO单次击穿波形、各测点频率成分和振荡系数等影响较小。下面主要针对隔离开关调速前后的VFTO统计特性进行分析。

1）最大VFTO幅值

平高试验回路各典型位置处VFTO测点在本轮试验中实测最大VFTO幅值统计结果见表7-15，表中清华和华电分别代表试验单位清华大学和华北电力大学。

表7-15　隔离开关调速前后实测最大VFTO幅值统计表

注：阴影表示隔离开关操动机构速度正常（调速前）、无预充直流电压、9m分支母线情况下实测结果

由实测结果可知：

（1）整体而言，隔离开关操作速度降低后试验回路VFTO水平有所降低，各测点最大VFTO幅值普遍降低超过5%。试验回路中合闸操作最高VFTO幅值由2.08p.u.降低到1.75p.u.，分闸操作最高VFTO幅值由2.09p.u.降低到1.87p.u.，下降幅度均超过10%。这表明，降低隔离开关操作速度能够降低试验回路VFTO水平；

（2）隔离开关调速后，试验回路中VFTO最大值仍然出现在分支母线末端测点5，与前期历次试验研究结果一致；

（3）虽然由于分闸速度相对调速前降低更多，导致合、分闸操作速度相差较大，但是合闸操作与分闸操作产生的最大VFTO幅值相接近。

2）最大VFTO幅值分布

以试验回路中典型测点（负载侧测点1和电源侧测点5）为例，统计本轮试验操作最大VFTO幅值概率分布，从而考察隔离开关调速对VFTO幅值概率分布的影响，从测点1、测点5最大VFTO幅值分布统计结果看，调速之后，合、分闸VFTO最大幅值的高幅值分布出现概率明显降低，整体分布集中到中、低幅值区，并且合闸操作产生的VFTO此种变化更加明显。由于合闸操作最大VFTO主要由合闸首次击穿决定，而合闸首次击穿直接受上一次分闸末次击穿产生的残余电压影响，因此，可以预见调速后分闸末次击穿的残余电压分布产生了较大变化。

3）残余电压分布

对平高试验回路调速前后实测分闸末次击穿残余电压分布进行了统计。

由统计结果可知，调速后分闸末次击穿残余电压分布更为集中，分布范围缩小，并且主要集中在负极性、低幅值区，负极性、高幅值残压几乎不再出现（最高残压降低到0.8p.u.以下）。此外，正极性残压也几乎不再出现。据此推断，隔离开关分闸速度的降低引起残余电压的分布变化，其结果是使得高幅值残余电压较难出现，进而导致合闸首次击穿条件变化，高幅值VFTO出现概率降低，最终使得合闸最大VFTO幅值分布发生变化。

7.10.3.5　小结

本节通过降低平高试验回路GIS隔离开关分闸操作速度，试验研究操作速度对于VFTO波形和统计特征的影响。研究表明，操作速度直接影响隔离开关断口间隙的分闸燃弧过程，进而影响分闸操作击穿次数和短母线残余电压分布，从而改变隔离开关断口的重复击穿条件和VFTO的幅值分布。试验结果表明，隔离开关操作速度的降低能够使残余电压分布降低，进而使试验回路整体VFTO水平降低，但是试验回路中各测点的最大VFTO幅值相对大小没有改变，合分闸操作产生的最大VFTO幅值也近似相当。隔离开关操作速度影响VFTO水平，通过优选操作速度，可以降低隔离开关产生的VFTO，提高隔离开关操作的安全性和可靠性。