容性电流开合试验c1和c2(容性电流的危害)

容性电流开合试验的背景信息

一、容性电流开合的要求和背景

如果交流电压施加到纯电容负载电路,如开合空载或补偿架空线路、空载电缆线路、电容器组和滤波器组,通过电容的电流将超前电压90°(见图1-1)。在这种情况下,从电流在零点被开断的时刻起,负载侧电压u2将会保持,这是因为处于最大值的电荷量都储存在电容上。由于电源侧电压u1继续按正弦规律变化,恢复电压u1-u2则表现为(1-cos)的波形,即在电流过零后立刻施加较低的电压负载而在电流过零后的半个周期时达到2pu的最大值(见图1-2中剖面线构成的轮廓)

图1-1 容性负载

图1-2 容性负载开断

在这种情况下,存在发生重击穿或绝缘击穿的风险,这会导致电网中出现不能接受的过电压和影响电能质量的高频暂态现象。这种风险特别高,因为非常小的电流可能经历很短的燃弧时间后开断,使得在电流过零时的触头间隙非常小而且在恢复电压峰值时仍然不大。重击穿也可能导致灭弧室受损。

容性负载的关合会导致高电压和电流暂态现象。

这就是为什么国际会规定适当的型式试验来证明被试断路器在开断电容电流时不发生重击穿或发生很少次数重击穿的原因所在。

电容电流开断的共同特征如下:

电流幅值小(小于正常的额定电流)；恢复电压幅值高；电流开断后立即出现的恢复电压上升率很低。

容性电流开合负载是断路器的正常操作，它是有计划的活动，与电力系统中突然发生的故障情况（如端子故障、近区故障等）不同。容性电流开合主要有以下几种情况。

1）开合空载线路

在这种情况下，一定长度的架空线路将被断开。此种情况下，线路主要是电容性的，因此，电流的大小取决于线路长度以及其设计。这样的开合操作是预定的操作并且不会经常发生。

如果在空载线路上开合单相故障，健全相将产生类似于空载线路的载荷，但具有更高的电压系数以及增大的开合电流。这种开合操作不是预定操作，而是由系统保护系统发起的。这种情况不会经常出现。

图1-3 空载架空线路或电缆

2）电容器组开合

电容器组用于补偿感性负载并确保系统中的良好电能质量。这种断路器通常由根据系统运行的需要通过计算机系统控制。因此，每天可以进行多次操作。如果通过计算机优化电能质量，情况尤其如此。

图1-4 电容器组

3）滤波器组开合

在直流输电工程中的换流站,换流器在运行过程中会产生谐波,换流站内需要大量的滤波器组来消除谐波并为换流器提供无功补偿。控制每个滤波器小组投切的断路器称为滤波器小组用断路器(简称ACF CB).ACF CB的投切频率则非常频繁,根据换流站运行统计数据,其频率可达到400-500次/年。

图1-5 补偿线路

4）健全相开合（包括自动重合闸）

这些开合的案例会根据电网条件产生较高的TRV峰值，并且断路器应设计用于处理此类应力。为此，了解导致这种极端情况的容性电流开合背后的物理原理非常重要。

二、失效模式

这种开断任务存在不同的失效模式。根据失效模式，可能需要不同的问题的解决方案。

1）复燃

复燃定义为非剩余电流在四分之一工频周期内恢复。从电网角度来看这是一种并不重要的故障模式。不会发生过高的过电压，并且断路器将有机会在下一个电流为零时开断。

2）重击穿

重击穿定义为电流在四分之一工频周期以及其后恢复。这个定义的原因是重击穿会导致负载侧的电压升高。根据重击穿的时刻，负载电压可能会加倍，因此，会出现横跨在断路器端子更高的电压。这可能会由于负载侧和横跨在断路器端子之间的电压更高再次导致的重击穿。最终这将导致对地或断路器端子之间的绝缘过载荷，然后是线路对地故障或断路器故障。因此，运行中不允许出现重击穿。

3）恢复电压后期重击穿

在TRV的第一个峰值后，由于电源侧电压保持不变，而负载侧直流电压在短期内可能只出现少量的衰减，因此断路器会在较长时间承受基本恒定幅值和试验频率下的电压应力的作用（标准要求施加在断路器两端的TRV在300ms内的衰减不超过10%。一般电容器/滤波器上残压缓慢的衰减到0，滤波器的放电时间常数大概为2min）。

由于断路器触头之间具有相当的高电压应力，这种电压应力可能导致触头之间在随后的电压峰值时出现电压击穿。这样的电压击穿是不允许的，因为断路器已经达到了它的完全分闸时的触头间隙，并且已经没有开断能力了。在这种情况下，负载电流将继续流过，并很可能导致线路对地故障，因为通常情况下保护系统检测不到到这样的负载电流。

4）NSDD(非持续破坏性放电）

真空断路器倾向于存在这种特性。在统计基础上，可以观察到电压击穿后的高频涌流立即被清开断。这种行为是可以接受的，因为这对网络没有危险。

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