摘要：在500 kV交流輸變電工程建設(shè)后期的啟動調(diào)試中，需要對500 kV空載線路進(jìn)行至少3次單分單合的沖擊合閘試驗(yàn)。然而，有些地區(qū)在成功進(jìn)行了上述試驗(yàn)后，還要在500kV 空載線路上進(jìn)行若干次的斷路器分合分試驗(yàn)。如果線路兩端未裝設(shè)合閘電阻和高壓并聯(lián)電抗器，在500 kV空載線路上進(jìn)行斷路器分合分試驗(yàn)具有一定的風(fēng)險性。作者根據(jù)重合閘過電壓的基本理論和一些現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明了在特定條件下，分合分試驗(yàn)過電壓在2～3 pu 之間（1 pu=550 2/ 3 kV），證實(shí)了風(fēng)險的存在，最后提出了規(guī)避分合分試驗(yàn)風(fēng)險的建議。 關(guān)鍵詞：500 kV交流輸電線路；啟動調(diào)試；分合分試驗(yàn)；斷路器；輸配電工程 0 引言 分合分試驗(yàn)是指按照斷路器的額定操作循環(huán)投切空載線路，即斷路器分閘后，約0.3 s （相當(dāng)于重合閘間歇時間）迅速合閘，合閘后約60 ms （相當(dāng)于斷路器金屬短接時間）迅速分閘。該試驗(yàn)的目的是考核斷路器的重合閘性能。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50150-1991[1] 第24.0.1條規(guī)定：“1 kV 以上架空電力線路的試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括沖擊合閘試驗(yàn)”和第24.0.5 條規(guī)定“在額定電壓下對架空線路的沖擊合閘試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行3 次，合閘過程中線路絕緣不應(yīng)有損壞”，空載線路的投切試驗(yàn)主要是考核新建線路和設(shè)備的絕緣。 在空載線路投切試驗(yàn)中，斷路器每次投切空載線路時一般要相隔一段時間，通常被稱為“單分單合”試驗(yàn)，并不是本文討論的“分合分”試驗(yàn)，兩者的試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)過程有本質(zhì)的區(qū)別。按照現(xiàn)行規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，在500 kV 輸變電工程建設(shè)后期的啟動調(diào)試中，需要對500 kV 空載線路進(jìn)行至少3 次單分單合的沖擊合閘試驗(yàn)；然而，有些地區(qū)在這項(xiàng)試驗(yàn)成功后，還要在500 kV 空載線路上進(jìn)行若干次的斷路器分合分試驗(yàn)。如果線路兩端沒裝設(shè)合閘電阻及高壓并聯(lián)電抗器，在500 kV 空載線路上進(jìn)行斷路器分合分試驗(yàn)具有一定的風(fēng)險性。本文根據(jù)重合閘過電壓的基本理論[2-11]和一些現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明了在特定條件下，分合分試驗(yàn)過電壓在2～3 pu（1 pu=550 kV）之間，最后提出了規(guī)避分合分試驗(yàn)風(fēng)險的建議。 1 分合分試驗(yàn)的理論分析 1.1 三相重合閘的基本理論 分合分試驗(yàn)存在的風(fēng)險性在一般高電壓技術(shù)的教科書中[2-3]作為一種“空載線路重合閘過電壓”的典型實(shí)例都有論述，研究對象采用了三相重合閘工況。我國500 kV 系統(tǒng)目前只采用單相重合閘[8-11]，而分合分試驗(yàn)是在空載線路無接地故障情況下人為進(jìn)行重合閘，恰好相當(dāng)于三相重合閘非故障相的工況，適用于三相重合閘理論。對于線路兩端沒裝設(shè)斷路器合閘電阻，也未裝設(shè)高抗的空載線路，分合分試驗(yàn)在理論上相當(dāng)于投切電容性元件。 分合分試驗(yàn)在斷路器第一次分閘時，全開斷時刻均發(fā)生在電流過零（電壓最高）的過零點(diǎn)（或其附近）。線路第一次分閘后，由于沒有故障接地點(diǎn)，也沒有合閘電阻和高抗，最高電壓形成的殘余電荷短時間內(nèi)無法釋放。迅速合閘時，如果恰好殘余電壓與電源電壓極性相反，形成電壓的疊加，電源電壓將通過回路電感對線路電容反充電，振蕩過程中最大過電壓理論值為3 pu，顯然超過了2 pu 的500 kV 系統(tǒng)設(shè)計絕緣水平（1 pu=550 2/ 3kV）。在實(shí)際試驗(yàn)工況中，由于存在以下實(shí)際因素，過電壓水平較上述理論值有所降低： （1）第一次分閘和重合閘之間的短暫時間內(nèi)殘余電荷通過線路對地電容和回路電阻存在有限的釋放。 （2）重合閘時刻電源電壓幅值具有隨機(jī)性，不一定達(dá)到最大峰值。 （3）重合閘時刻電源電壓極性具有隨機(jī)性，與線路殘余電壓不一定反極性。 （4）線路兩端配置了避雷器。 盡管計入了上述實(shí)際因素，在實(shí)際工程中有些500 kV 線路分合分試驗(yàn)的統(tǒng)計過電壓計算值仍高于2 pu，有的線路高出較多，從統(tǒng)計概率上超過了500 kV 系統(tǒng)設(shè)計絕緣水平，對系統(tǒng)絕緣構(gòu)成一定威脅。 1.2 分合分試驗(yàn)應(yīng)注意的幾個問題 　　 （1）我國500 kV 系統(tǒng)只采用單相重合閘，發(fā)生接地故障時接地相重合閘動作，由于有接地點(diǎn)，殘余電荷被有效釋放，不會出現(xiàn)危險過電壓。 然而，分合分試驗(yàn)是在無故障接地點(diǎn)的情況下對500 kV空載線路進(jìn)行重合閘操作，實(shí)際運(yùn)行中沒有這種工況，該試驗(yàn)僅是為考核500 kV 斷路器自身的重合閘性能，而不是考核系統(tǒng)實(shí)際的工況，在試驗(yàn)的同時也給系統(tǒng)帶來了一定的風(fēng)險。 （2）500 kV 線路兩端如裝斷路器合閘電阻或高抗時，構(gòu)成了殘余電荷對地釋放的回路，可有效限制重合閘過電壓水平，分合分試驗(yàn)的風(fēng)險將被有效抑制。 （3）我國500 kV 線路目前只采用單相重合閘，不使用三相重合閘。有些國家（例如日本）的500 kV 線路采用了三相重合閘，如果線路無高抗時斷路器均裝設(shè)了合閘電阻，也可避免無接地重合閘時（相當(dāng)于分合分試驗(yàn)）形成危險的過電壓。 （4）分合分試驗(yàn)的機(jī)理等同于三相重合閘，按照前述的三相重合閘過電壓原理和國外的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)線路兩端無高抗時，采用三相重合閘一般應(yīng)裝設(shè)合閘電阻；但在前期設(shè)計階段，設(shè)計單位在是否裝設(shè)合閘電阻的計算中只考慮我國采用的單相重合閘，三相重合閘不作為裝設(shè)合閘電阻的考核條件。 2 工程現(xiàn)場分合分試驗(yàn)的實(shí)際情況 2.1 試驗(yàn)的依據(jù) 目前有些區(qū)域電網(wǎng)在進(jìn)行500 kV 系統(tǒng)的啟動試驗(yàn)時，不考慮是否裝設(shè)線路的高抗和斷路器合閘電阻，一律進(jìn)行分合分試驗(yàn)?，F(xiàn)行規(guī)程GB50150–1991 中規(guī)定了新建輸電線路應(yīng)進(jìn)行單分單合試驗(yàn)，其目的是考核輸電系統(tǒng)的絕緣。在工程現(xiàn)場進(jìn)行分合分試驗(yàn)在GB50150–1991中并沒有規(guī)定，只是在斷路器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中作為額定操作循環(huán)被列為實(shí)驗(yàn)室的型式試驗(yàn)。因此，在工程現(xiàn)場進(jìn)行分合分試驗(yàn)的目的是考核500 kV 斷路器重合閘性能，進(jìn)行此類試驗(yàn)不是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，通常是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行部門的要求。 2.2 分合分試驗(yàn)的事故情況 由于部分500 kV 線路兩側(cè)帶有高抗或合閘電阻，即使沒有高抗及合閘電阻，試驗(yàn)中重合閘時刻電源電壓的幅值和極性具有隨機(jī)性，處于不利條件的概率有限，因此大多數(shù)分合分試驗(yàn)順利完成。然而近些年中短長度的500 kV 線路越來越多，經(jīng)常不裝設(shè)合閘電阻和高抗。于是分合分試驗(yàn)遇到不利條件的概率有所增多，出現(xiàn)了一些事故，主要有以下幾類情況： （1）實(shí)測的線路端部母線電壓已超過2 pu，線路中部將會更高（無法實(shí)測）。 （2）線路端部的電壓互感器或避雷器絕緣擊穿或爆炸。 （3）斷路器第二次分閘時出現(xiàn)重燃。 雖然對這些事故的原因分析存在不同觀點(diǎn)，但這些事故都是在分合分試驗(yàn)中發(fā)生的，而在單分單合試驗(yàn)中均未發(fā)生此類事故。表明這些事故與分合分試驗(yàn)密切相關(guān)。 2.3 實(shí)際算例 2.3.1 線路參數(shù)和系統(tǒng)條件 本文采用典型桿塔結(jié)構(gòu)模型，線路參數(shù)的微小差別對計算結(jié)果沒有明顯影響，線路的正序參數(shù)如表1 所示。試驗(yàn)前其T 站側(cè)500 kV 母線電壓取為550 kV。 2.3.2 分合分操作過電壓計算條件 操作次數(shù)取為100次，線路分為6段，每段長22 km，沿線共設(shè)了7 個測點(diǎn)。計算時記下每次操作所得三相過電壓中的最高值進(jìn)行統(tǒng)計，其中出現(xiàn)概率為2%的過電壓即為U2%。斷路器均未裝設(shè)合閘電阻，三相合閘時差不大于5 ms。分合分操作時，開關(guān)金屬短接時間取60 ms，無電流休止時間為0.3 s。電網(wǎng)中金屬氧化物避雷器的配置和參數(shù)如表2所示。 注：Io 為避雷器的通流容量。 統(tǒng)計操作過電壓為出現(xiàn)概率為2%以下的相對地過電壓，該值不宜超過2.0 pu。 2.3.3 分合分操作過電壓計算結(jié)果 T 站側(cè)分合分?jǐn)嗦菲鲿r，沿線2%統(tǒng)計操作過電壓U2%、沿線最大操作過電壓及避雷器消耗能量最大值如表3～5所示。 [align=center] [/align] 2.3.4 計算結(jié)果分析 （1）在分合分500 kV 線路操作中，2%統(tǒng)計操作過電壓首末端不超過1.70 pu，沿線2%統(tǒng)計操作過電壓最大達(dá)到2.11 pu，說明統(tǒng)計操作過電壓超過規(guī)程“不宜超過2.0 pu”值的規(guī)定。 （2）在分合分500 kV 線路操作中，最大操作過電壓首末端最大達(dá)到1.76 pu，沿線最大操作過電壓達(dá)到2.45 pu，說明沿線的最大操作過電壓較高。 （3）在分合分500 kV線路操作中，線路末端避雷器消耗能量最大值達(dá)到2200kJ，對于額定電壓為444 kV的避雷器來說，它可以承受5772kJ的通流容量，因此避雷器可以承受分合分操作造成的能耗。 3 結(jié)論和建議 （1）三相重合閘基本理論中的危險過電壓，與分合分試驗(yàn)情況相同，使該試驗(yàn)存在一定危險的概率。建議相關(guān)的管理部門對此制定出有關(guān)規(guī)定，避免冒不必要的風(fēng)險。 （2）當(dāng)線路兩端未裝設(shè)合閘電阻和高抗時，開展分合分試驗(yàn)前應(yīng)慎重，事先應(yīng)進(jìn)行過電壓計算和避雷器能量吸收校驗(yàn)的風(fēng)險評估。當(dāng)統(tǒng)計過電壓高出2 pu時，不宜再進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。