500kV断路器取消合闸电阻问题的探讨
第4"卷第6期4"""年U月
西安工业学院学报
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!""#$断路器取消合闸电阻
问题的探讨
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潘锡芒，王晓林，王秉钧
（深圳市盐田港股份有限公司仓储部，广东深圳!）%&""%
摘
要：通过采用消除数值振荡的特征差分法和’()*+,-./(法对多条!""#$线路进行统计模
拟计算，研究了取消线路侧断路器合闸电阻后!""#$电力系统合闸过电压和金属氧化物避雷器耗散能量的一些统计规律，提出了取消!这一结果""#$电力系统线路侧断路器合闸电阻的判据，可作为有关工程设计的参考0
关键词：超高压断路器；金属氧化物避雷器；统计模拟法；判据中图号：1’234546
文献标识码：7
文章编号：%（）"""8!2%94""""68"%&28"2
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%概述
线路合闸、重合闸过电压是对Q这种过电压的F$电力系统绝缘水平起决定作用的因素，限制历来有两种做法：一是采用断路器合闸电阻作为主要手段，而把避雷器作为后备保护，即一般所说的两道防线；另一种是仅仅利用避雷器来限制合闸过电压0
美国（R（以下简称R在对所有!&"年代，/(.>G-E(P+.SH>;*,(EH）!"#$断路器检查?
!收稿日期：4"""8"%8%9
万方数据作者简介：潘锡芒（%，男（汉族），深圳市盐田港股份有限公司工程师，从事电力系统过电压数值计算0U3&]）
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西安工业学院学报
第=;卷
［!］中，发现很大比例的合闸电阻或其操作机构存在着缺陷或故障断路器制造厂家也认为，合"
闸电阻及其操作机构是断路器中最薄弱的环节"由于断路器本身故障对电力系统的危害，比合闸或重合闸过电压过高造成线路网络瞬时故障的危害要严重得多，再加上合闸电阻接入时间和开关三相动作时差的分散性，使得合闸电阻限压效果的分散性也比较大"随着金属氧化物避雷器（#，以下简称#(的广泛使用以及其质量的不断提高，美国$%&’()*+$,-.$0..$1%$.0）/
（5开始研究在6仅仅依靠避雷器234和邦尼维尔电力局30）78电力系统中取消合闸电阻、来限制合闸过电压的可能性"此外，就断路器而言，当采用合闸电阻时，操作机构复杂，再加上合闸电阻本身造价较高，使断路器投资增加较多"西方的几个大型制造厂家（如#9、055等）
［］
近年来也积极支持取消合闸电阻，他们已把无合闸电阻的:现;;
［>］制造厂将断路器本体与合闸电阻分装，尤其是在组合电器中"合闸电阻的价格昂贵，若以一
个变电站!若取消封闭电器中的合闸电阻，每个变电站可节省!;台断路器计算，;;万美元以
［=］上的投资西安高压开关厂认为，对一台断路器而言，取消合闸电阻可节省的费用约为总费"
用的?@!!=@"
上述情况使人们意识到，如果取消合闸电阻仍能满足限制合闸过电压的要求，那么取消合闸电阻不仅可提高断路器本身的可靠性，从而提高电力系统的可靠性，而且可以获得明显的经济效益"
从保护能力上看：（合闸、重合闸）过电压，而#("合闸电阻仅仅能限制某些0则可用来限制所有的操作过电压，并可用作行波保护"分散性大，而#(#合闸电阻限压效果不稳定，0限压效果稳定，分散性小"合闸电阻存在着一个最优值，即“烟斗”$对于一个给定的系统接线，型曲线，只有当它恰好为最优值时，限压效果最好，但实际上难以做到这点，而#(0不存在此问题"这些都说明，从保护能力方面比较，#(0显然优于合闸电阻"
然而，合闸电阻的主要作用是减轻避雷器的动作负载和动作次数，取消合闸电阻后，避雷器是否有足够的能力独自限制合、重合闸过电压？对现已运行的线路，如果合闸电阻或其操作机构发生故障，是否可以取消合闸电阻而继续运行？这些都是运行部门十分关心的问题"由于条件的限制，与采用物理678电力系统的合闸过电压尚不能进行大量的现场实测，模拟的研究方法相比，数值计算在结果的准确性、可考虑因素的全面性、研究的灵活性等方面均不逊色，因此选用数值计算的数学模拟来研究6特别是研究取78电力系统的合闸过电压，消合闸电阻后的合闸过电压是合适的"
取消合闸电阻后，合闸操作过电压的沿线分布与取消前有很大不同，呈现出线路两端低、中间高的形状，所以过电压计算部分采用特征差分法"
=统计规律及回归分析
取消合闸电阻后，线路上的合闸过电压和#(它们与线0的耗散能量是有一定的规律的，路长度、电源容量、断路器合闸相角等都有密切的关系，但这种关系不是确定的关系，而是统计相关关系"对此我们采用统计模拟法（#）来研究，其具体思想是在需要得到AB%$C&.’AD$%EA+某随机事件的概率时，通过某种随机抽样的试验来实现，当试验次数足够多时，就可以把试验
万方数据得到的统计结果作为问题的近似解答"
第2期潘锡芒等：7((35断路器取消合闸电阻问题的探讨
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对于一个固定的网络结构和参数，在建立概率模型时，研究中忽略了一些次要的因素，而把对过电压和!"#耗散能量影响最大的开关合闸时间作为随机变量$%&’合闸过电压与!"#耗散能量统计规律
过电压沿线分布规律与开关合闸时间的概率分布
在无任何限压措施或使用合闸电阻
作为限压措施时，空载线路合闸或重合闸过电压的沿线分布是由首端向末端逐渐升高的，所以一般在进行绝缘设计时，只规定了线路首端过电压不超过%（+）然而，在取消合闸&()*,-./01$
电阻后，情况就有所不同$以2见图’所示$曲线(’34的某系统的合闸过电压沿线分布为例，仅两端有!"既有合闸电阻又两端有!"’、%、2分别表示无任何限压措施、#、#时沿线过电压分布情况$从图中可明显看出，取消合闸电阻后，仅依靠线路两端的!"过电压沿线分布是两端低、#限制过电压时，中间高$这是因为，安装!"过电压被限制在!"#后，#的操作波保护水平以下，而在远离!"由于可#的中部地方，能超过了!"过电压往往较高$所以在取消#的保护范围，合闸电阻后，对线路绝缘的设计一定要考虑这一过电压分布规律，而不能仅以首端过电压不超过%&()*为标准$另外，图’还表明，既有合闸电阻又有!"#时效果最好，但同时也可看出，仅仅依靠!"#限压时也可将过电压限制在允许范围之内$
对于三相开关合闸时间的分布，国内外文献中一直有两种不同的意见：一种认为开关合闸相角的分布与开关触头间的预击穿有关$前苏联对22(35空气断路器实际合闸相位的研究表明，开关合闸时间在电源一周期内是服从正态分布的$另一种认为现代断路器合闸速度很高，我国的现场试验表可以不考虑合闸时触头间的预击穿现象，因此它在一周内服从均匀分布$明，根据我们的统计计算，无论是相22(35空气断路器的实际平均合闸相位比较接近均匀$6地还是相间故障率，合闸时间呈均匀分布时比正态分布时高$无论是首端还是末端!"#的最大耗散能量也是合闸时间为均匀分布时要高$由于是统计计算结果，可以认为有一定的普遍性，即从过电压和!"开关合闸时间为均匀分布比正态分布时要严重一#耗散能量的角度看，些$
取消合闸电阻后!"#吸收能量能力问题合闸电阻的作用不仅是降低合闸操作过电压，而且可以较明显地减轻线路两端避雷器的动作负载并减少其动作次数$取消合闸电阻后，对7／我国西瓷!"#限制合闸操作过电压，((35所用的!"#，89公司规定比能量为’2:5，所规定为’／同时制造厂介绍，“每次操作时，(&%;:5，!"#吸收的能量不超过上述规定值的并且两次操作的时间间隔大于’4”在我们进行的’=;7
图’过电压沿线分布
万方数据
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西安工业学院学报
第-#卷
表!!""#次无合闸电阻合闸操作统计计算结果
编号!-3"10254!#!!!-／’$%&#/##/#
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表中，地绝缘故障率；为首端.%$%&为相6($%&为相间绝缘故障率；)*7最大耗散能!
为首端.%量；)*7-8耗散能量；).!为末端.%7最大耗散能量；).-为末端.%7-8-耗散能量9从表!可看出，根据有关文献，对!""#次中最大一次的.%7耗散能量为-43!+,9约3，又对一长约-3#+:的1##+;系统的3##次操作中，.%7吸收的最大能量为-0##+,"#可见表!中最大值-##+;系统的3##次操作中，.%7吸收的最大能量仅为!"##+,9+:的1
将此值与西瓷所给出的数据进行计算比较，有43!+,已是出现概率极小的一个值了，
／／／／-43!,"-#;
可见在这种负担极重的情况下，而且在随机操作过程.%7的吸收能力仍有一定的余度，中，出现这种很大能量的概率是极小的，因此，我们认为取消合闸电阻后，.%7的负载虽然加重了，但.%7是完全能够承受的9
-/-线路绝缘故障率和.%7耗散能量与各影响因素间的统计相关关系
对过电压影响较大的因素有：线路长度、电源容量、线路补偿度等9在取消合闸电阻后，对沿线过电压的控制不宜采用线路末端或全线不超过-这不仅因为过电压沿线/#(>的标准，分布特点的改变，而且由于目前1##+;杆塔的绝缘子片数和空气间隙尺寸往往并不由操作过电压决定9据报道，对海拔!#直线杆用-空气间隙为3:时都##:以下的地区，5片绝缘子，能承受-因此，建议采用全线绝缘故障率作为限制过电压的标准9/!(>的统计操作过电压9
与线路长度的相关关系
线路长度是影响过电压状况的主要因素之一，根据计算结果绘
出的全线相地绝缘故障率、全线相间绝缘故障率和线路首末端.%67最大耗散能量与线路长度的相关关系图表明，随着线路长度的增加，全线绝缘故障率将增大，而且在3##+:以后会很快增大，这是因为线路长度增加后，工频过电压升高严重，全.%7吸收的能量也不断上升9线绝缘的个数也增加，而.%导致过电压的升高和.%7的保护又有一定的范围，7吸收能量的增加，反映在绝缘上就是故障率的增大9
与系统第一自振角频率（标幺值）的统计相关关系有关研究认为，电源容量变化对中等
万方数据长度线路合闸过电压的影响很小，对于短线路，电源容量增大，合闸过电压随之增大；对于长线
第’期潘锡芒等：*++,-断路器取消合闸电阻问题的探讨
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路，电源容量增大，合闸过电压随之减小!这些结果在它们各自的研究范围内都是正确的，这是因为，电源容量增大，法拉第效应引起的工频电压升高将减小，使过电压降低，但电源容量的增大将导致在过电压的自由振荡分量中起主要作用的第一自振角频率的增大，使得过电压最大值出现得较早，幅值衰减得较小，可见电源容量的影响有两面性!作为一般规律中的判断依据则不妥，我们认为以系统的第一自振角频率标幺值来反映所研究系统的情况较为合理，因为它不仅反映了电源容量、线路长度、线路参数，而且反映了线路的补偿情况，是一个比较“综合”的参数，探索它与过电压及"#根据我们的计算$耗散能量的相关关系将有可能得出一般规律!
结果，全线绝缘故障率随第一自振角频率的增加而单调减小，首末端"#$最大耗散能量也随第一自振角频率的增加而单调减小，它们均呈现一种明显的负相关关系!由于第一自振角频率反映系统的因素较多，而且这些因素又是相互影响的，我们初步分析认为，第一自振角频率小，说明系统容量小而线路长，这就必然导致故障率的升高和"#$负担的加重!%&’回归分析
线路绝缘故障率与线路长度和第一自振角频率标幺值均有明显的相关关从图(可看出，
系，且呈现幂函数曲线的特征!首末端"#$的最大耗散能量)"也与线路长度和第一自振角频率标幺值有明显的相关关系，且分别呈现指数函数和倒指数函数曲线的特征，为进一步探索其规律，以我国(（线路长度从*分别各进行%条实际*++,-输电线路的参数.&*!/%+,0）了(用共计(/%+次统计模拟计算，/+次合闸操作统计计算结果分别做了线路绝缘故障率对线路长度!和第一自振角频率!(标幺值及首末端"#$最大耗散能量对线路长度和第一自振角频率标幺值的回归分析!回归分析的过程见表%和表’所示!
表%回归分析过程
编号(%’/*:9.;(+(((%
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表!各参数的数字特征
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为了检验回归是否成立，运用以下三个检验公式可得回归显著性检验数字特征，回归系数和回归显著性检验数字特征见表,9
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查+分布上侧分位数表，有+（#）显然表,中的)均大于#所以对(5’--，(5’--，"#+(+#)5
给定的显著水平";)最大耗散能量对线路长度和第一自振角频率标幺值的回归方程如下：
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第+期潘锡芒等：,**45断路器取消合闸电阻问题的探讨
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+结论
取消合闸电阻后，合闸操作过电压沿线分布呈现两端低、中间高的弓形，以往以线路首端相对地统计操作过电压不超过-建议采用全线绝缘故障率作为衡量’*/0的规定已不尽合理，限制合闸操作过电压的判据1
由于"2以往为降低合闸（重合闸）操作过电压，3的广泛使用和其性能的不断提高，
建议应以"2,**45线路应采用带合闸并联电阻的断路器的规定已不够合理，3作为限制
（重合闸）操作过电压的惟一手段1,**45线路合闸
取消合闸电阻后，开关合闸时间为均匀分布时比正态分布时过电压的绝对值高，全线绝缘故障率大，虽然合闸电阻取消后不同程度地加重了"2但由"23的负担也重13的动作负载，
于"2这种负担的加重不会导致"23良好的吸收能量能力，3的损坏或减少其正常的运行寿命1
首末端均采用额定电压为6线路绝缘故障率分别对线路长度和第一自-*45的"23时，振角频率（标幺值）呈现明显的正相关和负相关关系，首末端"23最大耗散能量也对线路长度和第一自振角频率（标幺值）呈现明显的正相关和负相关关系，反映这种相关关系的回归方程可作为有关工程设计的参考1
参考文献：
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万方数据
500kV断路器取消合闸电阻问题的探讨
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
潘锡芒， 王晓林， 王秉钧， PAN Xi-mang， WANG Xiao-lin， WANG Bing-jun深圳市盐田港股份有限公司,仓储部,广东,深圳,518001西安工业学院学报
JOURNAL OF XI'AN INSTITUTE OF TECHNOLOGY2000,20(3)3次
参考文献(3条)
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引证文献(5条)
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2.徐鹏.林宝玉.刘玮.张鑫.雷丰瑞 基于ATP-EMTP对500kV输电线路取消合闸电阻的仿真研究[期刊论文]-电瓷避雷器 2011(6)
3.滕云.曹秀华.罗恒 断路器合闸操作过电压限制方法的研究[期刊论文]-科技与生活 2010(8)4.王剑.朱芸 500 kV输电线路断路器合闸电阻配置原则[期刊论文]-电力系统自动化 2008(19)5.陈秀娟.陈维江.沈海滨.李国富.张翠霞.车文俊.宋继军 特高压输电系统操作过电压柔性限制方法[期刊论文]-高电压技术 2007(11)
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