2×27.5kV 雙極真空斷路器絕緣等級(jí)問題探討

王坤

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西 忻州 034000）

2×27.5kV 雙極真空斷路器絕緣等級(jí)問題探討

王坤

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西 忻州 034000）

在鐵路牽引系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自耦變壓器的供電，需要斷路器與接觸網(wǎng)饋電線路直接進(jìn)行接通與斷開。該斷路器為2×27.5kV 雙極真空斷路器，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)鐵路運(yùn)輸?shù)膶?shí)際要求，需要設(shè)定 2×27.5kV 雙極真空斷路器的絕緣等級(jí)。在對(duì)T 線與AF線的非接地故障進(jìn)行分析中，發(fā)現(xiàn)如果2×27.5kV雙極真空斷路器開斷短路故障時(shí)，線路中的短路電壓不平衡，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成絕緣爆炸?；诖?，本文對(duì)2×27.5kV雙極真空斷路器的絕緣等級(jí)進(jìn)行研究，以提升線路中的電壓穩(wěn)定性。

2×27.5kV 雙極真空斷路器；絕緣等級(jí)問題；研究

在鐵路牽引供電系統(tǒng)中，需要引入控制保護(hù)設(shè)備。在眾多的功能設(shè)備中，斷路器從性能上分析是最為可靠的控制和保護(hù)設(shè)備。牽引系統(tǒng)中有斷路器的存在，其安全性能提升了很多。斷路器在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要有兩種方式：第一，供電系統(tǒng)正常的狀況。在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行環(huán)節(jié)中，斷路器能讓一部分設(shè)備投入在系統(tǒng)中，或者使得一部分設(shè)備退出使用中；第二，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，斷路器能夠?qū)⒐收喜糠种苯訌墓╇娤到y(tǒng)中切除，不影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。

1 2×27.5kV 雙極真空斷路器絕緣等級(jí)研究背景

目前，在鐵路牽引系統(tǒng)中 2×27.5kV 雙極真空斷路器應(yīng)用比較廣泛，2×27.5kV 雙極真空斷路器的特點(diǎn)突出，其每一級(jí)上都設(shè)有一個(gè)滅弧室，并且這兩個(gè)滅弧室分接在 T線和 AF線上。當(dāng)線路連接完成之后，便形成了供電回路。對(duì) 2×27.5kV 雙極真空斷路器與 27.5kV 的斷路器接地工頻耐受電壓值對(duì)比，額定電壓在 27.5kV 的斷路器，在額定雷電沖擊相對(duì)地耐受電壓為 185，在額定 1 分鐘內(nèi)的工頻耐受電壓有效值為 80；2×27.5kV 雙極真空斷路器在額定雷電沖擊相對(duì)地耐受電壓為 185，在額定 1分鐘內(nèi)的工頻耐受電壓有效值為 80。由此可見，兩種方式中的耐受電壓一致，那么在進(jìn)行 2×27.5kV雙極真空斷路器的絕緣等級(jí)研究中，可以按照 27.5單級(jí)真空斷路器的絕緣等級(jí)來進(jìn)行研究。

單項(xiàng)雙極斷路器能夠可靠的控制供電系統(tǒng)中的負(fù)荷電流，以及處理各類短路故障電流。但是也存在這一定的特殊情況，例如在 T線和 AF之間出現(xiàn)非接地短路故障時(shí)，2×27.5kV 雙極真空斷路器中每支滅弧室斷口電容之間存在著較大的差異，使得在供電系統(tǒng)中的電容分布差異性明顯。當(dāng)兩支滅弧室的電壓極度不平衡的情況下，一旦一個(gè)滅弧室的電壓超過了另一個(gè)滅弧室的電壓范圍，則會(huì)導(dǎo)致與線路連接的滅弧室擊穿。而另一極就需要承受較大的電壓，最終導(dǎo)致另一極也被擊穿。

2 2×27.5kV 雙極真空斷路器應(yīng)用與故障分析

（1）在自耦供電方式中的應(yīng)用。AT 供電方式實(shí)際上是自耦供電方式，在鐵路牽引系統(tǒng)中，自耦供電方式與傳統(tǒng)的供電方式之間存在較大差別，傳統(tǒng)的供電方式難以實(shí)現(xiàn)供電回路與饋線上的電壓平衡，比較容易出現(xiàn)擊穿的情況。為了提升牽引網(wǎng)的供電能力，引入自耦供電方式，該種方式是在傳統(tǒng)的供電方式基礎(chǔ)上，引入正饋線和自耦變壓器，該種方式供電回路的電壓為 55kV，機(jī)車的運(yùn)行電壓依然為 27.5kV。在這樣的方式中，接觸懸掛系統(tǒng)和正饋線上的電流是平衡的，相比于傳統(tǒng)的供電方式，通信抗干擾能力比較強(qiáng)。2×27.5kV 雙極真空斷路器安裝在AT供電系統(tǒng)中，主要安裝在饋電線上，能夠負(fù)責(zé)電路線的接通和斷開功能。

（2）AT 短路故障。AT 供電方式存在很多類型的短路故障，故障類型的多發(fā)性與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，具體AT短路故障類型有：第一，接觸網(wǎng)T線對(duì)地短路；第二，正饋線F線對(duì)地短路；第三，接觸網(wǎng)T線和正饋線F線之間的接地短路；第四，正饋線與接觸網(wǎng)T線之間的非接地短路?？傮w上，短路故障可以分為接地短路故障和非接地短路故障。將 2×27.5kV 雙極真空斷路器的開斷安裝在 T 線接觸線上時(shí)，供電系統(tǒng)牽引變壓器中心抽頭和自耦變壓器中心抽頭全部都能夠?qū)崿F(xiàn)接地。

（3）非接地短路故障。目前，AT 供電方式中的非接地短路故障為開斷T線與AF線之間的非接地短路故障。目前，在鐵路專線 AT供電方式饋線短路的跳閘方式有多種：首先，在變電所中采取行動(dòng)，變電所饋線斷路器實(shí)現(xiàn)故障跳閘的一次重合；其次，分區(qū)所跳閘后采取檢上、下行雙側(cè)有電壓后，在進(jìn)行重合的方式；第三，線路上各個(gè)AT變壓器都會(huì)采取失壓跳閘模式，然后檢測(cè)到有電壓時(shí)，在進(jìn)行線路的重合。

在饋線AF上存在非接地短路故障，在短路故障被消除的情況下，供電線路中的重合閘也會(huì)成功。如果短路故障未消除，并且重合閘也不成功的情況下，線路中也不會(huì)產(chǎn)生二次合閘。在這樣情況下，供電系統(tǒng)中的自耦變壓器功能不發(fā)揮。

3 2×27.5kV 雙極真空斷路器短路故障解決措施

（1）提升 2×27.5kV 雙極真空斷路器的絕緣等級(jí)。在供電線路中的兩個(gè)滅弧室中存在著嚴(yán)重的均壓不穩(wěn)定問題，實(shí)現(xiàn)均壓，就需要對(duì)于現(xiàn)有的2×27.5kV 雙極真空斷路器中的滅弧室進(jìn)行調(diào)整，具體的措施有：提升 2×27.5kV 雙極真空斷路器對(duì)于絕緣等級(jí)，提升滅弧室的電壓等級(jí)等。在實(shí)現(xiàn)設(shè)備的對(duì)地絕緣水平提升環(huán)節(jié)中，需要將額定電壓值改變，按照 55kV 額定電壓進(jìn)行調(diào)整。在這樣的調(diào)整模式下，相對(duì)地工頻耐受電壓值高達(dá) 140kV，雷電沖擊耐受電壓為 325kV，該種方案設(shè)計(jì)比較理想。該種方案中所涉及的是 55kV 電壓等級(jí)滅弧室，我國幾個(gè)研究中心，在針對(duì)該方面內(nèi)容進(jìn)行研究。該種技術(shù)的研究之所以難度大，是因?yàn)槠湓靸r(jià)較一般的技術(shù)高很多并且所涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中存在著很多不可取之處。

（2）均壓電容的并聯(lián)。均壓電容是當(dāng)前技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)兩側(cè)滅弧室滅弧環(huán)境和承受電壓調(diào)整的主要手段，多以并聯(lián)形式在線路中應(yīng)用（圖1），能夠保證斷路器在任何情況下發(fā)生任何類型的短路故障都正常動(dòng)作。圖1 中 Cp11、Cp21 滅弧室上端對(duì)地電容；CK1、CK2 為滅弧室斷口電容；Cp12、Cp22 為滅弧室下端對(duì)地電容。

如圖1 所示，并聯(lián)電容 Cp1、Cp2 為并聯(lián)的均壓電容，與其匹配的斷口電容為 CK1、CK2，在具象的安裝活動(dòng)中斷口電容 CK1 和 CK2 的數(shù)值是極為接近的，而并聯(lián)均壓電容 Cp1、Cp2 的數(shù)值則需要滿足兩個(gè)條件：①并聯(lián)均壓電容的數(shù)值要遠(yuǎn)高于斷口電容；②兩個(gè)并聯(lián)均壓電容的數(shù)值要極為接近，理論上誤差不能超過 10%，如果誤差超過這一數(shù)值，系統(tǒng)內(nèi)其他電容的數(shù)值就都會(huì)變化，整體的復(fù)雜程度會(huì)有較多提升，可靠性也會(huì)有不同程度的下降。在兩組并聯(lián)均壓電容數(shù)值誤差正常的情況下，需要對(duì)均壓系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，要求均壓電容在每一個(gè)級(jí)別的測(cè)量活動(dòng)中的電壓誤差不能超過（0.5±0.05）U，即電量電容數(shù)值與平均值±5%的程度。

圖1 并聯(lián)電容等效示意圖

（3）臨時(shí)均壓措施應(yīng)用。面對(duì)正在運(yùn)行的2×27.5kV 雙極真空斷路器，其存在故障時(shí)，需要對(duì)其各個(gè)端口的有效電容進(jìn)行及時(shí)的檢查。如果兩極不同期時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)不均勻的評(píng)估系數(shù)，基于這樣的系數(shù)分析對(duì)于供電系統(tǒng)帶來較為嚴(yán)重的影響，因此，需要采取臨時(shí)均壓措施，保障臨時(shí)性問題被解決，并且在分閘的不同時(shí)期采取不同的均壓措施，特別注意的是分閘不同時(shí)期一定要保持在2ms以內(nèi)。

（4）2×27.5kV 雙極真空斷路器應(yīng)用注意事項(xiàng)。將 2×27.5kV 雙極真空斷路器應(yīng)用到短路故障中，注意與滅弧室斷口絕緣連接，才能夠保障對(duì)地絕緣水平提升到 55kV 等級(jí)以上。對(duì)于當(dāng)前所使用的 2×27.5kV 雙極真空斷路器，為了保障供電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，需要在斷路器斷口上并聯(lián)電容器，該電容器上的電壓必須為均壓分布。

4 結(jié)語

綜上所述，目前，在鐵路牽引系統(tǒng)中 2×27.5kV雙極真空斷路器應(yīng)用比較廣泛，2×27.5kV 雙極真空斷路器的特點(diǎn)突出，其每一級(jí)上都設(shè)有一個(gè)滅弧室，并且這兩個(gè)個(gè)滅弧室分接在 T線和 AF線上。AT供電方式存在著很多類型的短路故障，總體上，短路故障可以被分為接地短路故障和非接地短路故障。針對(duì) 2×27.5kV 雙極真空斷路器短路故障，需要提出相應(yīng)的短路故障對(duì)策。首先，需要提升2×27.5kV 雙極真空斷路器的絕緣等級(jí)，然后對(duì)供電線路中的均壓電容進(jìn)行并聯(lián)處理，最后針對(duì)電路中的臨時(shí)故障，采取臨時(shí)均壓措施。

[1]翟鐵久，涂大石，王燕楠 . 關(guān)于 2×27.5kV 雙極真空斷路器絕緣等級(jí)問題探討 [J]. 高壓電器，2012,02:102～106.

[2]李昊旻 . 126kV 真空斷路器電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究 [D]. 沈陽工業(yè)大學(xué)，2014.

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