摘要：在500 kV交流輸變電工程建設后期的啟動調試中，需要對500 kV空載線路進行至少3次單分單合的沖擊合閘試驗。然而，有些地區在成功進行了上述試驗后，還要在500kV 空載線路上進行若干次的斷路器分合分試驗。如果線路兩端未裝設合閘電阻和高壓并聯電抗器，在500 kV空載線路上進行斷路器分合分試驗具有一定的風險性。作者根據重合閘過電壓的基本理論和一些現場實際經驗證明了在特定條件下，分合分試驗過電壓在2～3 pu 之間（1 pu=550 2/ 3 kV），證實了風險的存在，最后提出了規避分合分試驗風險的建議。 關鍵詞：500 kV交流輸電線路；啟動調試；分合分試驗；斷路器；輸配電工程 0 引言 分合分試驗是指按照斷路器的額定操作循環投切空載線路，即斷路器分閘后，約0.3 s （相當于重合閘間歇時間）迅速合閘，合閘后約60 ms （相當于斷路器金屬短接時間）迅速分閘。該試驗的目的是考核斷路器的重合閘性能。 根據標準GB50150-1991[1] 第24.0.1條規定：“1 kV 以上架空電力線路的試驗項目應包括沖擊合閘試驗”和第24.0.5 條規定“在額定電壓下對架空線路的沖擊合閘試驗應進行3 次，合閘過程中線路絕緣不應有損壞”，空載線路的投切試驗主要是考核新建線路和設備的絕緣。 在空載線路投切試驗中，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，并不是本文討論的“分合分”試驗，兩者的試驗目的和試驗過程有本質的區別。按照現行規程的有關規定，在500 kV 輸變電工程建設后期的啟動調試中，需要對500 kV 空載線路進行至少3 次單分單合的沖擊合閘試驗；然而，有些地區在這項試驗成功后，還要在500 kV 空載線路上進行若干次的斷路器分合分試驗。如果線路兩端沒裝設合閘電阻及高壓并聯電抗器，在500 kV 空載線路上進行斷路器分合分試驗具有一定的風險性。本文根據重合閘過電壓的基本理論[2-11]和一些現場實際經驗證明了在特定條件下，分合分試驗過電壓在2～3 pu（1 pu=550 kV）之間，最后提出了規避分合分試驗風險的建議。 1 分合分試驗的理論分析 1.1 三相重合閘的基本理論 分合分試驗存在的風險性在一般高電壓技術的教科書中[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 系統目前只采用單相重合閘[8-11]，而分合分試驗是在空載線路無接地故障情況下人為進行重合閘，恰好相當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斷路器合閘電阻，也未裝設高抗的空載線路，分合分試驗在理論上相當于投切電容性元件。 分合分試驗在斷路器第一次分閘時，全開斷時刻均發生在電流過零（電壓最高）的過零點（或其附近）。線路第一次分閘后，由于沒有故障接地點，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 系統設計絕緣水平（1 pu=550 2/ 3kV）。在實際試驗工況中，由于存在以下實際因素，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性，不一定達到最大峰值。 （3）重合閘時刻電源電壓極性具有隨機性，與線路殘余電壓不一定反極性。 （4）線路兩端配置了避雷器。 盡管計入了上述實際因素，在實際工程中有些500 kV 線路分合分試驗的統計過電壓計算值仍高于2 pu，有的線路高出較多，從統計概率上超過了500 kV 系統設計絕緣水平，對系統絕緣構成一定威脅。 1.2 分合分試驗應注意的幾個問題 　　 （1）我國500 kV 系統只采用單相重合閘，發生接地故障時接地相重合閘動作，由于有接地點，殘余電荷被有效釋放，不會出現危險過電壓。 然而，分合分試驗是在無故障接地點的情況下對500 kV空載線路進行重合閘操作，實際運行中沒有這種工況，該試驗僅是為考核500 kV 斷路器自身的重合閘性能，而不是考核系統實際的工況，在試驗的同時也給系統帶來了一定的風險。 （2）500 kV 線路兩端如裝斷路器合閘電阻或高抗時，構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，分合分試驗的風險將被有效抑制。 （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了合閘電阻，也可避免無接地重合閘時（相當于分合分試驗）形成危險的過電壓。 （4）分合分試驗的機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驗，當線路兩端無高抗時，采用三相重合閘一般應裝設合閘電阻；但在前期設計階段，設計單位在是否裝設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合閘電阻的考核條件。 2 工程現場分合分試驗的實際情況 2.1 試驗的依據 目前有些區域電網在進行500 kV 系統的啟動試驗時，不考慮是否裝設線路的高抗和斷路器合閘電阻，一律進行分合分試驗。現行規程GB50150–1991 中規定了新建輸電線路應進行單分單合試驗，其目的是考核輸電系統的絕緣。在工程現場進行分合分試驗在GB50150–1991中并沒有規定，只是在斷路器相關標準中作為額定操作循環被列為實驗室的型式試驗。因此，在工程現場進行分合分試驗的目的是考核500 kV 斷路器重合閘性能，進行此類試驗不是依據標準和規程，通常是根據電網調度和運行部門的要求。 2.2 分合分試驗的事故情況 由于部分500 kV 線路兩側帶有高抗或合閘電阻，即使沒有高抗及合閘電阻，試驗中重合閘時刻電源電壓的幅值和極性具有隨機性，處于不利條件的概率有限，因此大多數分合分試驗順利完成。然而近些年中短長度的500 kV 線路越來越多，經常不裝設合閘電阻和高抗。于是分合分試驗遇到不利條件的概率有所增多，出現了一些事故，主要有以下幾類情況： （1）實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重燃。 雖然對這些事故的原因分析存在不同觀點，但這些事故都是在分合分試驗中發生的，而在單分單合試驗中均未發生此類事故。表明這些事故與分合分試驗密切相關。 2.3 實際算例 2.3.1 線路參數和系統條件 本文采用典型桿塔結構模型，線路參數的微小差別對計算結果沒有明顯影響，線路的正序參數如表1 所示。試驗前其T 站側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 操作次數取為100次，線路分為6段，每段長22 km，沿線共設了7 個測點。計算時記下每次操作所得三相過電壓中的最高值進行統計，其中出現概率為2%的過電壓即為U2%。斷路器均未裝設合閘電阻，三相合閘時差不大于5 ms。分合分操作時，開關金屬短接時間取60 ms，無電流休止時間為0.3 s。電網中金屬氧化物避雷器的配置和參數如表2所示。 注：Io 為避雷器的通流容量。 統計操作過電壓為出現概率為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果 T 站側分合分斷路器時，沿線2%統計操作過電壓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 計算結果分析 （1）在分合分500 kV 線路操作中，2%統計操作過電壓首末端不超過1.70 pu，沿線2%統計操作過電壓最大達到2.11 pu，說明統計操作過電壓超過規程“不宜超過2.0 pu”值的規定。 （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到1.76 pu，沿線最大操作過電壓達到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，與分合分試驗情況相同，使該試驗存在一定危險的概率。建議相關的管理部門對此制定出有關規定，避免冒不必要的風險。 （2）當線路兩端未裝設合閘電阻和高抗時，開展分合分試驗前應慎重，事先應進行過電壓計算和避雷器能量吸收校驗的風險評估。當統計過電壓高出2 pu時，不宜再進行此項試驗。