摘要

國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司、國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司的研究人員鄭一鳴、徐華等，在2018年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，切除空母線并聯(lián)電抗器時(shí)，極易出現(xiàn)電弧復(fù)燃和等效截流等現(xiàn)象，產(chǎn)生的操作過(guò)電壓會(huì)造成相關(guān)設(shè)備相間短路和電抗器匝間絕緣損毀等故障，威脅電氣設(shè)備安全。

切除220kV變電站35kV空母線并聯(lián)電抗器時(shí)操作過(guò)電壓導(dǎo)致的設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。從切除并聯(lián)電抗器過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理、危害和抑制思路等方面開(kāi)展系統(tǒng)分析，對(duì)比斷路器性能和投切位置對(duì)過(guò)電壓的抑制效果，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和PSCAD仿真分析，為35kV空母線并聯(lián)電抗器操作過(guò)電壓的抑制提供了解決思路和工程經(jīng)驗(yàn)。

真空斷路器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、滅弧能力強(qiáng)、可靠性高、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、適合頻繁操作等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用廣泛。但真空斷路器切除35kV并聯(lián)電抗器，特別是空母線時(shí)，容易出現(xiàn)截流、復(fù)燃和等效截流等現(xiàn)象，產(chǎn)生的操作過(guò)電壓會(huì)引起電抗器相間短路、電抗器匝間絕緣損毀、母線相間短路甚至主變低壓側(cè)閃絡(luò)等故障，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行。

近年來(lái)已發(fā)生多起變電站35kV并聯(lián)電抗器切除時(shí)操作過(guò)電壓導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜、站用變、接地變甚至主變等設(shè)備損毀。針對(duì)35kV空母線并聯(lián)電抗器的相關(guān)改造和治理亟需全面開(kāi)展。

抑制真空斷路器在投切電抗器過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓，一般從改進(jìn)斷路器本身結(jié)構(gòu)和加裝外部限壓裝置兩個(gè)方面入手。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家多年的努力，以上述兩種手段為基礎(chǔ)所研究的限制該過(guò)電壓的方法很多。

現(xiàn)有針對(duì)投切35kV并聯(lián)電抗器過(guò)電壓的外部限壓裝置主要是在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)增設(shè)阻容吸收器、過(guò)電壓保護(hù)器等，但在開(kāi)關(guān)柜小型化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)下，在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)增加設(shè)備很容易造成絕緣距離不足，最終導(dǎo)致閃絡(luò)。針對(duì)真空斷路器，改進(jìn)斷路器觸頭結(jié)構(gòu)、真空滅弧室、材料以及斷路器分合速度也可以限制過(guò)電壓。

本文基于前人的研究基礎(chǔ)，從切除并聯(lián)電抗器操作過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理、危害和抑制思路等方面開(kāi)展深入系統(tǒng)的分析，并進(jìn)行220kV變電站投切35kV并聯(lián)電抗器的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)電壓實(shí)測(cè)和相關(guān)的PSCAD暫態(tài)仿真分析，對(duì)比了斷路器性能和投切位置對(duì)過(guò)電壓抑制效果的影響，為抑制空母線并聯(lián)電抗器操作過(guò)電壓的工程改造和運(yùn)行維護(hù)提供了思路與經(jīng)驗(yàn)。

在并聯(lián)電抗器切除過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)兩種性質(zhì)的過(guò)電壓：截流過(guò)電壓和復(fù)燃過(guò)電壓。在多數(shù)情況下，截流過(guò)電壓相對(duì)較低且上限明確，因而是可接受的。造成并聯(lián)電抗器切除過(guò)電壓的主要是復(fù)燃及由復(fù)燃引發(fā)的非首開(kāi)相等效截流。復(fù)燃主要取決于斷口瞬態(tài)恢復(fù)電壓與斷口介質(zhì)絕緣恢復(fù)特性。復(fù)燃一旦持續(xù)發(fā)生，過(guò)電壓就會(huì)出現(xiàn)升級(jí)，可能會(huì)給系統(tǒng)中的其他設(shè)備帶來(lái)危害。

復(fù)燃的出現(xiàn)是由于斷口介質(zhì)絕緣恢復(fù)曲線與斷口瞬態(tài)恢復(fù)電壓存在交點(diǎn)。切除并聯(lián)電抗器電抗器復(fù)燃現(xiàn)象抑制思路如圖1所示，抑制復(fù)燃和過(guò)電壓主要有兩種思路，增大介質(zhì)絕緣恢復(fù)強(qiáng)度和速度及降低瞬態(tài)恢復(fù)電壓均能減少?gòu)?fù)燃，抑制過(guò)電壓。兩種思路如下。

圖1切除并聯(lián)電抗器電抗器復(fù)燃現(xiàn)象抑制思路

（1）提高斷口介質(zhì)絕緣恢復(fù)強(qiáng)度，使用高性能斷路器。可以選用介質(zhì)絕緣恢復(fù)速度較快的斷路器，以盡可能避開(kāi)瞬態(tài)恢復(fù)電壓，或者減少介質(zhì)絕緣恢復(fù)強(qiáng)度曲線與瞬態(tài)恢復(fù)電壓相交的次數(shù)。理論上，這種思路一方面可以減少?gòu)?fù)燃發(fā)生概率，另一方面可以減少?gòu)?fù)燃持續(xù)時(shí)間，使得復(fù)燃大概率能夠轉(zhuǎn)續(xù)流開(kāi)斷，不會(huì)形成非首開(kāi)相等效截流，降低過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)。

（2）降低斷口瞬態(tài)恢復(fù)電壓，即改變斷路器兩端系統(tǒng)參數(shù)。斷口的瞬態(tài)恢復(fù)電壓一方面受斷路器自身性能影響，另一方面取決于斷口兩端的系統(tǒng)參數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)改變斷口兩端的系統(tǒng)參數(shù)降低斷口瞬態(tài)恢復(fù)電壓，盡量避免瞬態(tài)恢復(fù)電壓曲線與介質(zhì)恢復(fù)特性曲線相交。

圖235kV母線運(yùn)行方式和電氣監(jiān)測(cè)量

結(jié)論

1）原位置真空斷路器切除并聯(lián)電抗器試驗(yàn)中記錄到1次等效截流現(xiàn)象。母線側(cè)最大過(guò)電壓倍數(shù)為4.56，電抗器側(cè)最大過(guò)電壓倍數(shù)為5.81，過(guò)電壓情況非常嚴(yán)重。仿真中原位置真空斷路器復(fù)燃率高達(dá)99%，且復(fù)燃大概率會(huì)引發(fā)較大過(guò)電壓。

2）原位置SF6斷路器開(kāi)斷并聯(lián)電抗器仍有較大概率出現(xiàn)復(fù)燃，試驗(yàn)中復(fù)燃電流均直接開(kāi)斷或轉(zhuǎn)續(xù)流開(kāi)斷，對(duì)空母線情況下過(guò)電壓有較好抑制作用，避雷器均未動(dòng)作。仿真中，原位置SF6斷路器開(kāi)斷同樣仍有較大概率會(huì)出現(xiàn)復(fù)燃（87%），但復(fù)燃持續(xù)時(shí)間短，復(fù)燃100%均轉(zhuǎn)續(xù)流開(kāi)斷或直接開(kāi)斷，未出現(xiàn)等效截流情況。SF6斷路器在開(kāi)斷并聯(lián)電抗器時(shí)產(chǎn)生足以造成絕緣損壞操作過(guò)電壓的概率要遠(yuǎn)小于真空斷路器。

3）實(shí)測(cè)和仿真均表明，前置斷路器（SF6）開(kāi)斷并聯(lián)電抗器對(duì)空母線情況下過(guò)電壓抑制效果明顯，亦無(wú)明顯截流和復(fù)燃現(xiàn)象。針對(duì)4套管引出的35kV油浸式并聯(lián)電抗器（即不具備中性點(diǎn)引出條件），該配置方式具有借鑒意義。

4）實(shí)測(cè)和仿真均表明，中性點(diǎn)斷路器投切（SF6）開(kāi)斷并聯(lián)電抗器對(duì)母線側(cè)和電抗器側(cè)的過(guò)電壓抑制效果均非常明顯。試驗(yàn)中未出現(xiàn)復(fù)燃和過(guò)電壓，避雷器也均未動(dòng)作。開(kāi)斷過(guò)程會(huì)導(dǎo)致電抗器中性點(diǎn)振蕩過(guò)電壓。過(guò)電壓數(shù)值為原位置斷路器開(kāi)斷時(shí)電抗器側(cè)過(guò)電壓的許多倍，振蕩頻率也更高，對(duì)電抗器中性點(diǎn)處的匝間絕緣存在較大危害，必須加裝一組避雷器，斷路器類(lèi)型建議選用SF6斷路器。

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