南方电网500kV瓷柱式高压交流六氟化硫断路器技术规范.docx
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南方电网500kV瓷柱式高压交流六氟化硫断路器技术规范
中国南方电网有限责任公司企业标准
Q/CSG
11
500kV瓷柱式高压交流六氟化硫断路器
技术规范
2011–10–14实施
2011–10–14发布
中国南方电网有限责任公司发布
Q/CSG123004.1-2011
目次
前言I
1范围1
2规范性引用文件1
3术语和定义2
4使用条件2
4.1正常使用条件2
4.2特殊使用条件3
5技术要求4
5.1技术参数要求4
5.2设计和结构要求8
6试验21
6.1型式试验21
6.2出厂试验22
6.3现场交接试验24
7产品对环境的影响26
8备品备件及专用工具26
8.1备品备件26
8.2专用工具27
9技术文件27
10监造、包装、运输、储存29
11附则30
附录A500kV断路器技术参数(规范性附录)31
附录BLCC相关资料要求35
前言
为规范500kV瓷柱式高压交流SF6断路器(简称断路器)技术标准,指导南方电网公司所属变电站(发电厂)断路器设备建设、改造和运行管理工作,依据国家和行业的有关标准、规程和规范,特制定本规范。
本规范由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口并解释。
本规范起草单位:
广东电网公司电力科学研究院。
本规范主要起草人:
卢启付、吴琼、李端姣、吕鸿、王红斌、陈锦清。
本规范主要审查人:
皇甫学真、陈建福、黄志伟、刘辉、谢植飚、黄星、赵现平、赵小渔、刘岩。
本规范由中国南方电网有限责任公司标准化委员会批准。
本规范自发布之日起实施。
执行中的问题和意见,请及时反馈至中国南方电网有限责任公司生产技术部。
500kV瓷柱式高压交流六氟化硫断路器技术规范
1范围
本规范适用于中国南方电网公司所属变电站(发电厂)新建、扩建及改造工程,安装在户外并运行在频率为50Hz、500kV电压等级的瓷柱式高压交流SF6断路器(以下简称断路器)及其操动机构和辅助设备。
本规范规定了断路器本体及附属设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。
本技术规范提出的是最低限度的技术要求。
凡本技术规范未规定,但在相关设备的国家标准、行业标准或IEC标准中有规定的规范条文,应按上述标准条文中的最高技术要求执行。
接入南方电网的用户设备,其配置、选型可参照本规范要求执行。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规范,然而,鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是未注明日期的引用文件,其最新版本适用于本规范。
GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合
GB4473 交流高压断路器的合成试验
GB4585交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验
GB7354局部放电测量
GB11023高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法
GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准
GB/T156-2007额定电压
GB/T311.2-2002绝缘配合第2部分:
高压输变电设备的绝缘配合使用导则
GB/T2900.20电工术语高压开关设备
GB/T5582-1993高压电力设备外绝缘污秽等级
GB/T11021-2007电气绝缘耐热性分级
GB/T12022工业六氟化硫
GB/T16935.1-2008低压系统内设备的绝缘配合第1部分:
原理、要求和试验
DL/T402-2007交流高压断路器订货技术条件
DL/T506六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法
DL/T593-2006高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求
DL/T615-1997交流高压断路器参数选用导则
DL/T915六氟化硫气体湿度测定法(电解法)
DL/T5222导体和电器选择设计技术规定
Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程
变电设备状态监测和带电测试配置原则
本技术规范执行期间,新颁布的国家标准和行业标准(不含上述引用文件中未注明日期的标准的修订版)均不适用于本规范。
然而,鼓励根据本规范研究是否可使用这些文件的最新版本。
”
3术语和定义
DL/T402-2007第三章的术语和定义适用于本规范。
4使用条件
除非另有规定,断路器及其操动机构和辅助设备,要在本条列出的使用条件下使用。
如果实际使用条件不同于本条使用条件,制造厂应尽可能按用户提出的特殊要求设计产品,或者应与用户达成适当的协议。
4.1正常使用条件
4.1.1周围空气温度
年最高温度不超过40℃,最热月的日平均温度不超过35℃。
年最低温度不低于-10℃。
4.1.2环境相对湿度(在25℃时)
日相对湿度平均值不大于95%;
月相对湿度平均值不大于90%。
应考虑凝露对设备的影响。
4.1.3太阳辐射强度
断路器应考虑阳光辐射强度的影响,晴天中午的辐射强度为1000W/m2。
4.1.4海拔高度
适用于设备的外绝缘,绝缘水平的设计规定海拔高度不超过1000m。
4.1.5污秽
对于III级以下污秽等级的地区统一按III级防污选取设备的爬电比距。
III级及以上污秽等级的地区统一按IV级防污选取设备的爬电比距。
级外绝缘爬电比距规定为:
相对地:
不小于25mm/kV;
断口间:
不小于28.8mm/kV。
4.1.6覆冰厚度
不超过10mm。
4.1.7降雨量
年最大:
2600mm
日最大:
300mm
4.1.8风速
正常使用条件:
不超过34m/s(相应于圆柱表面上的700Pa)。
4.1.9振动
耐受地震烈度规定为8度:
水平分量0.25g
垂直分量0.125g
本设备应能承受用三周正弦波的0.25g水平加速度和0.125g垂直加速度同时施加于支持结构最低部分时,在共振条件下所发生的动态地震应力,并且安全系数应大于1.67。
4.1.10共模电压
由于主回路的开合操作,在辅助和控制回路上所感应的共模电压幅值不超过1.6kV。
4.2特殊使用条件
凡不满足4.1条正常使用条件之外的特殊条件,如环境温度、海拔、污秽等级等应在订货时说明。
4.2.1周围空气温度和湿度
对于酷热气候,应优先选用的年最低和年最高温度的范围规定为:
-25℃~+55℃。
日相对湿度平均值能达到98%。
4.2.2海拔高度
对于使用在海拔高于1000m处的断路器,其外绝缘在标准参考大气条件下的绝缘水平是将适用场所要求的绝缘耐受电压乘以海拔修正系数Ka。
系数Ka可按下式计算:
式中:
H为断路器安装地点的海拔高度,以m为单位。
注1:
在任一海拔处,内绝缘的绝缘特性是相同的,不需采取特别的措施。
关于外绝缘和内绝缘的定义见GB/T311.2。
注2:
对于低压辅助设备和控制设备,海拔低于2000m时,不需采取特别措施。
如用于2000m以上海拔,需采取的措施见GB/T16935.1。
注3:
海拔高度可参照下列要求确定:
a.海拔在1000-2000m范围,设备外绝缘水平按2000m海拔修正;
b.海拔在2000-2500m范围,设备外绝缘水平按2500m海拔修正;
c.海拔在2500-3000m范围,设备外绝缘水平按3000m海拔修正;
d.海拔高于3000m,应考虑实际运行地点的环境,经专题研究后确定。
4.2.3污秽
对于III级污秽地区,考虑到未来调整爬距困难,可按IV级选取设备爬电比距,
级外绝缘爬电比距规定为:
相对地:
不小于31mm/kV;
断口间:
不小于35.6mm/kV。
4.2.4覆冰厚度
覆冰对20级不超过20mm,对30级不超过30mm。
4.2.5其它参数
设备在其它特殊使用条件下使用时,用户应参照GB/T4796、GB/T4797、GB/T4798的规定提出其环境参数。
5技术要求
5.1技术参数要求
5.1.1额定电压(Ur):
550kV。
★5.1.2额定绝缘水平
断路器的额定绝缘水平见表1规定。
表1中的耐受电压适用于GB311.1中规定的标准参考大气条件(温度、压力、湿度)。
额定绝缘水平用相对地额定雷电冲击耐受电压来表示。
表1500kVSF6断路器的额定绝缘水平
额定电压UrkV(有效值)
额定短时工频耐受电压Ud
kV(有效值)
额定操作冲击耐受电压Us
kV(峰值)
额定雷电冲击耐受电压UpkV(峰值)
相对地
及相间
开关断口
相对地
相间
开关断口
相对地及相间
开关断口
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
550
740
740(+315)
1300
1950
1175(+450)
1675
1675(+315)
注1:
本表项(3)括号内的数值为1.0Ur/
,是加在对侧端子上的工频电压有效值;项(6)中括号内的数值为1.0Ur
,是加在对侧端子上的工频电压峰值,项(8)中括号内的数值为0.7Ur
,是加在对侧端子上的工频电压峰值。
注2:
项
(2)中的值适用于:
——对于型式试验,相对地和相间
——对于出厂试验,相对地、相间和开关装置断口间。
5.1.3额定频率(fr):
50Hz。
5.1.4额定电流与温升
5.1.4.1额定电流(Ir)
断路器的额定电流是在规定的使用和性能条件下能持续通过的电流的有效值。
本技术规范优先从下列数值中选取:
4000A、5000A。
5.1.4.2温升
在温升试验规定的条件下,当周围空气温度不超过40℃时,断路器设备任何部分的温升不应该超过DL/T593中表3规定的温升极限。
★5.1.5额定短时耐受电流(Ik)
在规定的使用和性能条件下,在规定的短时间内,断路器设备在合闸状态下能够承载的电流的有效值。
断路器的额定短时耐受电流等于其额定短路开断电流。
优先从下列数值中选取:
50kA,63kA。
★5.1.6额定短路持续时间(tk)
断路器在合闸状态下能够承载额定短时耐受电流的时间间隔。
500kV断路器额定短路持续时间规定为2s。
5.1.7额定峰值耐受电流(Ip)
在规定的使用和性能条件下,断路器设备在合闸状态下能够承载的额定短时耐受电流的第一个大半波的电流峰值。
额定峰值耐受电流等于额定短路关合电流。
优先从下列数值中选取:
125kA、160kA。
注:
在某些使用条件下,系统特性决定的直流时间系数可能比45ms大,对于特殊系统其值一般为60ms、75ms和120ms,这取决于系统的额定电压。
在这些情况下,额定峰值耐受电流建议选用2.7倍额定短时耐受电流。
5.1.8额定短路开断电流(Isc)
额定短路开断电流是在本规范规定的使用和性能条件下,断路器所能开断的最大短路电流。
额定短路开断电流由交流分量有效值和直流分量百分数两个值来表征。
一般情况下,直流分量不超过20%,额定短路开断电流仅由交流分量有效值来表征。
本技术规范规定额定短路开断电流应从下列数值中选取:
50kA,63kA。
5.1.9与额定短路开断电流相关的瞬态恢复电压
与额定短路开断电流相关的瞬态恢复电压(TRV)是一种参考电压,它构成了断路器在故障条件下应能承受的回路预期瞬态恢复电压的极限值。
具体参见DL/T402中4.102的规定。
5.1.10额定短路关合电流
在规定的使用和性能条件下,断路器关合操作时,在电流出现后的瞬态过程中,流过断路器一极的电流的第一个大半波的峰值。
额定短路关合电流等于额定峰值耐受电流。
5.1.11合闸和分闸装置及辅助和控制回路的额定电源电压(Ua)
合闸和分闸装置及其辅助和控制回路的额定电源电压应该理解为:
当设备操作时在其回路的端子上测得的电压。
如果需要,还包括制造厂提供或要求的与回路串联的辅助电阻或元件,但不包括连接到电源的导线。
额定电源电压值应从表2和表3给出的标准值中选取。
表2直流电压
直流电压V
110
220
表3交流电压
三相三线或四线制系统V
单相三线制系统V
单相二线制系统V
――
220/380
230/400
220
――
――
――
220
230
1第一栏中的较低值是对中性点的电压,较高值是相间电压。
第二栏较低值是对中性点的电压,较高值是线间电压;
2230/400V将是唯一的标准值,并推荐在新的系统中采用。
3保护和测量用互感器的二次电压不受本标准的约束。
5.1.12合闸和分闸装置及辅助和控制回路的额定电源频率
额定电源频率的标准值为交流50Hz或直流。
5.1.13额定操作顺序
规定为:
O-0.3s-CO-180s-CO
注:
用于快速自动重合闸的断路器(无电流时间);O代表一次分闸操作,CO代表一次合闸操作后立即(无任何时延)进行分闸操作。
5.1.14额定时间参量
断路器的额定时间(机械特性)参量包括:
a)分闸时间:
依产品技术条件规定;
b)开断时间:
依产品技术条件规定;
c)合闸时间:
依产品技术条件规定;
d)分-合时间:
依产品技术条件规定;
e)重合闸时间:
依产品技术条件规定;
f)★合-分时间:
应不大于60ms,推荐不大于50ms;
g)合-分时间上下限:
依产品技术条件规定;
h)分闸速度:
依产品技术条件规定;
i)合闸速度:
依产品技术条件规定;
j)★分闸不同期
相间分闸不同期不大于3ms,同相各断口间分闸不同期不大于2ms;
k)★合闸不同期
相间合闸不同期不大于5ms,同相各断口间合闸不同期不大于3ms;
l)合闸电阻预插入时间(适用时):
依产品技术条件规定。
注1:
额定时间参量基于周围空气温度为20℃±5℃时,合闸和分闸机构以及辅助和控制回路的额定电源电压及额定操作压力。
注2:
由于断路器合-分时间加长时,对系统稳定性起着不利影响,而合-分时间过短又不利于断路器重合闸时第二个“分”的可靠开断能力,因此合-分时间应该有个范围,制造厂应给出断路器合-分时间的上下限,并应在型式试验中验证断路器在规定的合-分时间下的额定短路开断能力,且试验中合-分时间不得超过产品技术条件中给出的规定值。
5.1.15近区故障特性
近区故障额定特性应考虑开断电流分别等于额定短路开断电流的90%和75%的情况。
对于自能灭弧室断路器,还应考虑60%额定短路开断电流的近区故障试验。
近区故障额定特性(包括额定电源回路特性和额定线路特性)及由此额定特性计算瞬态恢复电压的方法应按DL/T402中4.105的规定。
5.1.16额定线路充电开断电流
额定线路充电开断电流是指断路器在本标准规定的使用和性能条件下,在其额定电压下应能开断的最大线路充电电流。
500kV断路器应能可靠开断500A的线路充电电容电流(有效值),开断线路充电电流时不得发生重击穿。
5.1.17额定失步关合和开断电流
额定失步开断电流是指断路器在本技术规范规定的使用和性能条件下,在具有以下规定的恢复电压的回路中,应能开断的最大失步电流。
额定失步开断电流为额定短路开断电流的25%。
额定失步关合电流应为额定失步开断电流的峰值。
此时的工频恢复电压,应为2.0×550/
kV。
★5.1.18机械操作的次数(空载)
在不进行机械调整、维修或更换部件情况下,断路器空载操作循环次数不应少于5000次。
★5.1.19断路器开断额定短路电流次数
在规定的操作循环下,断路器连续开断额定短路电流的次数不少于20次。
5.1.20噪音水平
在操作设备时测定噪音水平,噪音测点应在距离声源直线距离2m,对地高1.5m处,噪音水平不得超过110dB。
5.1.21使用寿命
设备应保证使用寿命不小于30年(电子元器件、密封胶圈除外,一般要求不小于20年)。
5.2设计和结构要求
5.2.1断路器的组成
每台500kV断路器的组成主要包括:
1)断路器本体(包括支架、附件、基础螺栓等,还应根据实际需要来配置适当的元件,如合闸电阻、均压电容等);
2)控制柜、操动机构及其辅助设备;
3)控制柜及机构箱相互之间的连接电缆、管线及管道;
4)备品备件及专用工具等;
5)SF6气体。
5.2.2机械结构要求
5.2.2.1断路器的型式
500kV断路器应设计为双断口,并为独立敞开式有单柱支持构架的三相户外式,由三个单极元件组成。
5.2.2.2支持架构
500kV断路器架构高度、极间距离应满足以下要求:
相间距(中心线计算):
7.5~8.0m
相间带电体最小间距:
4.3m
带电部分对地高度不能小于7.5m
支架高度必须保证断路器支持瓷瓶的下端法兰对地或基础距离不小于2.5m。
地脚螺栓应能使架构可靠地固定在混凝土基础上。
5.2.2.3设备的接线板
断路器应配备铝合金平板式水平安装的接线板,以满足每一设备或自身回路额定电流,并提供不锈钢螺栓、螺帽及防松垫圈。
推荐的接线板尺寸及钻孔位置如图1所示,但不限于此。
图1推荐的接线板外观
接线板应设计为防电晕式,并应能承受产品技术条件规定的机械强度要求。
接线板的接触电流密度按DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》计算:
铝≤0.0936A/mm2。
5.2.2.4荷载承受能力
a)接线板
断路器接线板上的允许荷载不应小于下列数值,且静态安全系数不小于3.5。
水平纵向2000N
水平横向1500N
垂直方向1500N
接线板的耐受弯矩应不小于400N·m。
b)综合荷载承受能力
断路器接线板应具有承受连续及短时的综合荷载的能力。
——连续综合荷载
包括施加在断路器接线板上的水平纵向荷载、水平横向荷载、垂直荷载、设备最大风荷载和设备自重等荷载组合。
在此连续综合荷载下,设备的安全系数不应小于2.5。
——短时综合荷载
包括施加在断路器接线板上的水平纵向荷载、水平横向荷载、垂直荷载、设备最大风荷载的25%、和设备地震动态荷载及设备自重等荷载组合。
在此连续短时综合荷载下,设备的安全系数应不小于1.67。
5.2.2.5支柱绝缘子和套管
断路器支柱绝缘子和套管的伞裙应为不等径的大小伞,伞型设计应符合IEC815的要求,两裙伸出之差(P1-P2)≥15mm,相邻裙间高(S)与裙伸出长度(P1)之比应大于0.9。
应有良好的抗污秽能力和运行特性,其有效爬电距离应考虑伞裙直径的影响。
5.2.3SF6气体系统的要求
5.2.3.1新SF6气体的质量要求
制造厂应明确规定断路器中气体质量和密度,并为用户提供更新气体和保持要求的气体的数量和质量的必要的说明。
充入断路器前的SF6气体应符合表4的质量标准要求。
表4新SF6气体的质量标准
项目名称
GB12022标准规定值
六氟化硫(SF6)的质量分数/%
≥99.9
空气的质量分数/%
≤0.04
四氟化碳(CF4)质量分数/%
≤0.04
水分
水的质量分数/%
≤0.0005
露点/℃
-49.7
酸度(以HF计)的质量分数/%
0.00002
可水解氟化物(以HF计)/%
0.00010
矿物油的质量分数/%
0.0004
毒性
生物试验无毒
5.2.3.2气体抽样阀
气体抽样阀需要每相设置一个,并保证在抽样时不应误报警。
★5.2.3.3SF6气体的泄漏率
断路器中SF6气体年泄漏率不应超过0.5%。
5.2.3.4SF6气体系统的结构要求
断路器的SF6气体系统应尽量简单且便于安装和维修。
★5.2.3.5SF6气体监测设备
SF6气体监测设备应采用具有密度和压力指示功能合一的气体密度继电器,应具有自动温度补偿功能,在-30℃~+60℃范围内任何温度下指示的压力值是室温下的压力值(密度)。
SF6气体监测设备的安装位置应便于运行人员读取数据。
如果安装在控制箱体外,应有防雨罩,并采取防振动措施。
气体密度继电器应是防振型优质机械指示式密度继电器,并有数字指示标记及报警、闭锁区域。
继电器与压力表应设置专用接口或阀门,具备不停电校验及补气功能,且能可靠切断主气路。
当SF6气体压力降低时应有报警信号,当其密度降至最小运行值时,断路器应能可靠闭锁,并发出信号。
SF6气压表具备两个低气压闭锁分闸接点,并分别启动两个低气压闭锁继电器,其接点分别接入两个相互独立的分闸回路。
对于分相操作的断路器,低气压闭锁合闸触点应有3副(每相1副),并分别串接于各相的合闸回路中。
5.2.3.6气体吸附装置
应提供SF6断路器的气体吸附装置,吸附断路器内部产生的杂质,以维持预期的电气特性和维修工作的安全。
5.2.4断路器控制的要求
5.2.4.1控制和操作要求
500kV断路器应能有选择的对三相中的任一相进行单相分闸和单相合闸,也应能够进行正常的三相同步操作。
当发生相间或相对地故障时,断路器应能单相有选择地或三相同时分闸和重合闸,而且应满足重合闸不成功立即分闸的要求。
★5.2.4.2辅助继电器
需配备用于断路器分闸和合闸所必需的中间继电器和闭锁控制继电器等。
所有涉及断路器直接分闸的出口中间继电器应采用动作电压在额定直流电压的55%~70%范围内、动作功率不低于5W的中间继电器。
直流继电器线圈的线径不宜小于0.09mm,如用线圈线径小于0.09mm的继电器时,其线圈须经密封处理,以防止线圈断线。
5.2.4.3远方及就地操作
断路器应适合用电信号进行远方操作,也可以在断路器控制柜进行就地电气操作。
断路器控制柜中应具备“远方/就地”转换开关以及用于就地操作所必要的开关、继电器和其它设备。
当“远方/就地”转换开关处于就地位置时,远方应不能操作。
“远方/就地”转换开关的每一个位置至少提供两对备用接点,并接至端子排。
断路器就地操作时,仅作为检修操作,就地操作应经隔离开关分闸位置闭锁。
断路器应装设操作闭锁装置,当某种操作会危及断路器的安全时,应对其操作予以闭锁。
分闸闭锁应可防止断路器在不允许分闸的情况下进行分闸操作。
合闸闭锁应能防止断路器在不能安全地进行一个完整的合分或自由脱扣操作时进行合闸操作。
5.2.4.4电气分闸装置
断路器应装设两套完全一样的分闸装置,包括以下各项,但不仅限于这些:
a)每相有两个电气上独立的且相同的分闸线圈,两个分闸线圈分别或同时动作时不应影响分闸操作;
b)两套分闸装置相互间应电气独立,而且采用相同的接线方式及保护设备,并分别与二套独立的控制或分闸电源连接。
上面所指的要求仅仅是两套完全一样的电气分闸装置,不应理解为要求提供任何双重的机械部件。
5.2.4.5分、合闸线圈的联接和监视
a)合闸线圈和第一分闸线圈使用一组电源,第二分闸线圈使用另一组电源。
b)应将合闸线圈的正极通过常闭辅助接点“b”与端子排相连;应将分闸线圈的正极通过常开辅助接点“a”与端子排相连。
c)分、合闸线圈动作电流应不小于50mA,以便提供连续的监视。
5.2.4.6控制电压
所有控制装置,包括分闸、合闸线圈,均应能在额定电源电压下(推荐DC110V/220V)下安全可靠工作。
合闸线圈在80%~110%额定电源电压下可靠动作,分闸线圈在65%~120%额定电源电压下可
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