12kV投切电容器组用户内断路器应用研究探讨

12kV投切电容器组用户内断路器应用研究探讨

陈静松

西电宝鸡电气有限公司721306

一、概述：

随着我国电力系统的不断发展和技术进步，近年来国内对于配电设备的要求越来越专业化、精细化，对于电能质量的要求也不断提高。针对目前中压户内产品，用于投切电容器组、SVG负载等场合，断路器的类型主要有：真空断路器、SF6断路器、固态开关等。而真空断路器又根据灭弧室及操动机构的不同形式主要分为3种：普通单个真空灭弧室+弹簧或永磁操动机构、双真空灭弧室组成的双断口+弹簧或永磁操动机构、永磁操动机构分相操作的同步开关。目前国内在实际使用中，投切电容器组、SVG负载主要采用SF6断路器或真空断路器。现就目前应用中的一些问题和心得做一些探讨。

二、真空断路器投切电容器组试验数据的分析：

国内某试验站近5年所做投切电容器组型式试验的统计数据见表1：

表1：近5年12kV及40.5kV真空断路器投切电容器组型式试验情况

从上述统计数据可以看出，40.5kV真空断路器投切电容器组型式试验通过率平均仅为50.9%，而且5年来通过率不是增长的趋势。12kV真空断路器试验通过率平均为72%，而且近几年在稳步增长，特别是去年达到了83.3%的通过率。由此可见12kV真空断路器在应用于投切电容器组时可靠性尚可。

三、电网用户对投切电容器组用断路器的要求：

近年来国网公司对中压配电设备采取统一招标的方式，促进了产品的标准化和规范化，对招标产品品质控制也起到了积极的推动作用。在国网统一招标的初期对40.5kV投切电容器组用断路器未明确规定必须使用SF6断路器。目前国内可供选择的40.5kVSF6断路器除一些合资厂家外，国内部分厂家也有在生产。这些SF6断路器通过了按照国标进行的全套型式试验，可使用于投切40.5kV电容器组的项目中。

在国网统一招标的前期，包括在2014版的国网采购标准中，对12kV投切电容器组用断路器的种类并未提出明确要求用SF6断路器。2014版的国网采购标准中，《12kV－40.5kV柜内交流断路器采购标准》（标准号为Q/GDW13085.1、Q/GDW13085.2、Q/GDW13085.3、Q/GDW13085.4）中也只对12kV真空断路器、40.5kV真空断路器、40.5kVSF6断路器的通用和专用技术规范进行了要求，未提及12kV的SF6断路器。在2014版国网采购标准中，《12KV－40.5kV高压开关柜采购标准》（标准号为Q/GDW13088.1）中提到：“用于投切电容器组的真空断路器在出厂时应分别进行高电压和大电流老炼试验，厂家应提供断路器整体老炼试验报告”

2014年10月15日，国网基建部下发了国家电网公司部门文件，文件号为：基建技术［2014］48号，文件名为：《国网基建部关于进一步明确变电站通用设计开关柜选型技术原则的通知》。在该文件的“选型原则”中，对于断路器灭弧介质的选择，提出了这样的要求：“目前国产真空断路器额定背靠背电容器组开断电流能力一般为400A。对于电容器组电流大于400A的电容器回路，开关柜一般配置SF6断路器；对于特殊情况需配置真空断路器时，应选择投切容性电流能力满足要求且通过相关试验的产品。”另外在该文件的“应用方案”中，对于断路器灭弧介质和所投切电容器组的容量进行了明确，如下表2－表4：

表2：330kV变电站中并联电容器回路断路器应用方案

表4：110kV变电站中并联电容器回路断路器应用方案

从2015年上半年开始，在国网统一招标中部分项目的货物清单和招标图纸中开始出现12kV的SF6断路器，2016年这种情况逐渐增多。所要求断路器的规格为额定电流1250A、额定短时耐受电流31.5kA/4S。

四、目前12kVSF6断路器现状及应采取的措施分析：

从上述投切电容器组数据分析可知，由于12kV真空断路器投切电容器组时成功率相对较高，多年来国内一直使用真空断路器做为投切元件。这也直接导致了针对国内市场额定电压12kV、额定电流1250A、额定短时耐受电流31.5kA/4S的SF6断路器开发的缺失。而国外原装的12kVSF6断路器，由于遵循的是IEC标准，其在进行型式试验时，工频耐压一般是按照28kV来进行的，额定短路持续时间一般是按3S来进行的。而国标及国网采购标准中要求12kV的产品工频耐压42kV；额定短路持续时间国内一般要求4S，国网采购标准中也是这样要求的。由此可见，原装进口的12kVSF6断路器参数低于国标及国网采购标准的要求，不能直接使用于国内12kV电网中。若强行使用会给设备和供电安全带来隐患。

客观来说，使用SF6断路器投切电容器组有利于降低重燃机率，但在开断短路故障电流时，SF6断路器可靠性低于真空断路器。

目前破解这个困局应该从三个方面着手：

1、针对目前的断档期，优化真空断路器投切电容器性能，进一步降低重燃机率。灭弧室可以采用纳秒脉冲老炼处理，该技术经过在40.5kV真空断路器中使用，效果较好。对于投切电容器组的12kV真空断路器，除灭弧室进行纳秒脉冲老炼处理外，对断路器整机进行老炼处理。通过上述措施可有效降低重燃机率。

2、加快适用于国内市场要求的12kVSF6断路器研究开发力度，补充产品需求的空白。目前国内有个别企业已开始关注并进行该产品的开发设计。

3、开发替代产品。目前国内出现的双真空断口12kV真空断路器是其中的一种。理论上来说，双真空断口的重燃机率应该是2个单真空断口重燃机率相乘。与单断口相比较，重燃机率大大降低。即使考虑到双断口两个断口的同步性等问题，其重燃机率也远低于单断口真空断路器。经过产品的成熟和实践的验证，可做为替代SF6断路器的方案之一。

总之，希望通过大家共同不懈的努力，真正提高12kV投切电容器组用断路器的可靠性，降低重燃机率，提高电力系统运行的稳定可靠性。