目前，IEC所规定的，也为各国所引用的联络用断路器在反相下的开断电流额定值为断路器额定短路开断电流值的25%。因此，在进行反相开断试验时均只考虑单相，但电流和电压按首开相考虑。在国际电工委员会和我国标准中确定失步开断的恢复电压时，考虑到衰减，对两端均接地或均不接地的系统而言分别取恢复电压为2Up或2.5Up。失步开断时恢复电压的振幅系数取为1.25，这是IEC的推荐确定的。失步开断电流值不大，因此，长短燃弧时间的差异并不显著。......
2023-07-02
如何应对失步故障以及断路器开断
【摘要】：出现失步故障时，系统发生振荡。断路器开断时失步故障电流虽然较小，但恢复电压很高，断路器开断失步故障也不轻松。若IS已达到断路器的额定开断电流，则失步故障电流能达到断路器额定开断电流的50%。由此可见，只要两个电力系统之间，联络线的长度不太短，失步故障电流不会超过额定开断电流的25%。失步故障开断时的瞬态恢复电压与出线短路故障和近区故障时不同。图3-34 失步故障时的瞬态恢复电压
几个电网并联运行联网供电时，几个电网的电压应该同步。当电力系统发生短路故障或其他如负荷突变等原因，可能使一部分发电机过负荷，另一部分发电机欠负荷，致使电力系统失去稳定，而使发电机转入异步运行。如果失步的发电机与电力系统的联系很弱并带有很大的地方性负荷，则将因不能再恢复同步而导致系统解列。
当电力系统出现失步故障时，电网电压之间的相角差处在0°～180°之间。失步时，用在联络线上的联络断路器要能可靠地开断联络线，使并联运行的电网解列，避免整个系统崩溃。
出现失步故障时，系统发生振荡。断路器开断时失步故障电流虽然较小，但恢复电压很高，断路器开断失步故障也不轻松。
对现代快速保护来说，失步开断时两个电源间的相角差一般比较小，但用慢速保护时（例如某些型式的后备保护），开断时的角度可能较大。对于自动重合闸断路器，在重合闸失败之后第二次开断故障的时候，两个电压间则可能发生相当大的相角差。当在两个电源具有180°相角差的情况下分闸时，在直接接地系统中出现最坏的情况，首先开断相上的恢复电压最大大约为相电压的2.6倍。在中性点不直接接地系统中，首先开断相上的恢复电压为相电压的3倍。
图3-30为分析失步故障时单回路接线方式的简化电路。如果QF处在闭合状态，则两个电网同步正常运行时，作用在断路器上的电源电压为两个电网电压之差，其值近于零，流过联络线两个网路电压的相角差可能达到180°，这时，作用在网路上的电源电压为两个电压之和，网路中的电抗为两个电网的电抗与联络线电抗之和。发生失步时，断路器上反相开断，流经断路器QF1的故障电流为
式中 Xs1、Xs2——系统1与2的短路感抗；
Xl——线路感抗。
图3-30 分析失步故障单回路接线方式简化电路图
断路器QF1额定开断电流是按QF出线处1的短路电流Is来选择的，因为有
所以有
若两系统的短路容量相同，即Xs1=Xs2=Xs，则式（3-32）可简化为
不同Xl/Xs比值时的Iop/Is如图3-31所示。由图可见，当Xl/Xs≥6时，Iop/Is≤25%。
若已知系统的短路电流以及线路每千米的电感值l1，即可求得Iop/Is=25%时的线路临界长度，见表3-7。只要两系统相隔的距离大于表3-7中的临界长度，失步故障电流Iop就不会超过额定开断电流的25%。
图3-31 失步故障电流与线路阻抗的关系
表3-7 线路临界长度（单回路）
下面分析双回路接线方式失步故障开断情况。图3-32示出分析失步故障时所用的简化电路。当K1点发生短路，断路器QF1与QF2开断故障后可能引起两系统振荡失步甚至系统崩溃。若此时两系统已反相，断路器QF3开断的就是失步故障电流Iop，由图3-32可得
图3-32 分析失步故障双回路接线方式简化电路
断路器QF3出线处的短路电流为
所以有
令
由式（3-34）可得出不同y值时的
，如图3-33所示。
这里先分析两个系统短路容量相同，即Xs1=Xs2=Xs的情况。这时，y=Xs1/（Xs2+Xl），只可能小于1，Iop/IS的比值随Xl减小而增大。当两个电力系统相距较近，联络线长度很短，Xl→0时，
，Iop/IS→0.5。若IS已达到断路器的额定开断电流，则失步故障电流能达到断路器额定开断电流的50%。反之，联络线长度较长，Xl较大，当Xs/（Xs+Xl）≤0.17，也即Xl≥5Xs时，Iop/IS≤0.25。若已知系统的短路电流以及线路每千米的电感值l1，同样能得出Iop/IS=25%时的线路临界长度，见表3-8。
图3-33 不同y值下的Iop/IS
表3-8 线路临界长度（双回路）
如果两个系统的短路容量相差较大，则情况有所不同。例如Xs2=5Xs1时，由式（3-33）可得，只有Xl＜0.88Xs1，即两系统之间联络线长度较短时，Iop/IS的比值才有大于25%的可能，相应的临界长度见表3-8。
由此可见，只要两个电力系统之间，联络线的长度不太短，失步故障电流不会超过额定开断电流的25%。因此IEC高压断路器标准中规定：断路器额定失步开断电流定为额定短路开断电流的25%，我国标准也规定额定失步开断电流为25%的额定短路开断电流。但有些国家的标准中定得较高，如40%。
失步故障开断时的瞬态恢复电压与出线短路故障和近区故障时不同。对于图3-30中断路器QF1，开断失步故障时触头两端的瞬态恢复电压Utr可分析如下。
为简单起见，只分析单相电路的情况，三相电路时只需要乘以首开相系数即可。
断路器QF1开断电路，在触头间电弧熄灭前若忽略电弧电压的影响，A点与B点的电压相同，UA=UB，电流过零时UA与UB正好是电压峰值UAm与UBm，若系统1的相电压为Up，系统2为Up1，则有
电流过零电弧熄灭后UA、UB不再相等。A点电压将由UA变到
；B点是电压由UB变到
，这一过程是以振荡形式出现的。UA的振荡频率较高，UB则因连接有一段输电线路，电感与电容值较大，振荡频率较低，如图3-34a所示。
断路器QF1触头间的瞬态恢复电压Utr=UA-UB，Utr的波形如图3-34b所示。与出线短路故障开断时的瞬态恢复电压（见图3-34b中的虚线）比较，虽然失步故障开断时的瞬态恢复电压平均上升率较低，振幅系数（1.25）较小，但瞬态恢复电压的最大值较高，电弧不易熄灭。因此，断路器开断失步故障也是很困难的，特别对于那些带有并联电阻的断路器，反相故障分、合时，并联电阻的发热量将显著增加。
图3-34 失步故障时的瞬态恢复电压
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2023-07-02
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