摘要

國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院、國網(wǎng)浙江省電力有限公司、國網(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《電工技術學報》上撰文指出，切除空母線并聯(lián)電抗器時，極易出現(xiàn)電弧復燃和等效截流等現(xiàn)象，產(chǎn)生的操作過電壓會造成相關設備相間短路和電抗器匝間絕緣損毀等故障，威脅電氣設備安全。

切除220kV變電站35kV空母線并聯(lián)電抗器時操作過電壓導致的設備故障時有發(fā)生，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。從切除并聯(lián)電抗器過電壓產(chǎn)生的機理、危害和抑制思路等方面開展系統(tǒng)分析，對比斷路器性能和投切位置對過電壓的抑制效果，并進行現(xiàn)場實測和PSCAD仿真分析，為35kV空母線并聯(lián)電抗器操作過電壓的抑制提供了解決思路和工程經(jīng)驗。

真空斷路器以其結構簡單、滅弧能力強、可靠性高、免維護、壽命長、適合頻繁操作等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了應用廣泛。但真空斷路器切除35kV并聯(lián)電抗器，特別是空母線時，容易出現(xiàn)截流、復燃和等效截流等現(xiàn)象，產(chǎn)生的操作過電壓會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閃絡等故障，嚴重威脅系統(tǒng)安全運行。

近年來已發(fā)生多起變電站35kV并聯(lián)電抗器切除時操作過電壓導致開關柜、站用變、接地變甚至主變等設備損毀。針對35kV空母線并聯(lián)電抗器的相關改造和治理亟需全面開展。

抑制真空斷路器在投切電抗器過程中產(chǎn)生的過電壓，一般從改進斷路器本身結構和加裝外部限壓裝置兩個方面入手。經(jīng)過國內(nèi)外專家多年的努力，以上述兩種手段為基礎所研究的限制該過電壓的方法很多。

現(xiàn)有針對投切35kV并聯(lián)電抗器過電壓的外部限壓裝置主要是在開關柜內(nèi)增設阻容吸收器、過電壓保護器等，但在開關柜小型化設計的趨勢下，在開關柜內(nèi)增加設備很容易造成絕緣距離不足，最終導致閃絡。針對真空斷路器，改進斷路器觸頭結構、真空滅弧室、材料以及斷路器分合速度也可以限制過電壓。

本文基于前人的研究基礎，從切除并聯(lián)電抗器操作過電壓產(chǎn)生的機理、危害和抑制思路等方面開展深入系統(tǒng)的分析，并進行220kV變電站投切35kV并聯(lián)電抗器的現(xiàn)場過電壓實測和相關的PSCAD暫態(tài)仿真分析，對比了斷路器性能和投切位置對過電壓抑制效果的影響，為抑制空母線并聯(lián)電抗器操作過電壓的工程改造和運行維護提供了思路與經(jīng)驗。

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

復燃的出現(xiàn)是由于斷口介質絕緣恢復曲線與斷口瞬態(tài)恢復電壓存在交點。切除并聯(lián)電抗器電抗器復燃現(xiàn)象抑制思路如圖1所示，抑制復燃和過電壓主要有兩種思路，增大介質絕緣恢復強度和速度及降低瞬態(tài)恢復電壓均能減少復燃，抑制過電壓。兩種思路如下。

圖1切除并聯(lián)電抗器電抗器復燃現(xiàn)象抑制思路

（1）提高斷口介質絕緣恢復強度，使用高性能斷路器?？梢赃x用介質絕緣恢復速度較快的斷路器，以盡可能避開瞬態(tài)恢復電壓，或者減少介質絕緣恢復強度曲線與瞬態(tài)恢復電壓相交的次數(shù)。理論上，這種思路一方面可以減少復燃發(fā)生概率，另一方面可以減少復燃持續(xù)時間，使得復燃大概率能夠轉續(xù)流開斷，不會形成非首開相等效截流，降低過電壓風險。

（2）降低斷口瞬態(tài)恢復電壓，即改變斷路器兩端系統(tǒng)參數(shù)。斷口的瞬態(tài)恢復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^改變斷口兩端的系統(tǒng)參數(shù)降低斷口瞬態(tài)恢復電壓，盡量避免瞬態(tài)恢復電壓曲線與介質恢復特性曲線相交。

圖235kV母線運行方式和電氣監(jiān)測量

結論

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

2）原位置SF6斷路器開斷并聯(lián)電抗器仍有較大概率出現(xiàn)復燃，試驗中復燃電流均直接開斷或轉續(xù)流開斷，對空母線情況下過電壓有較好抑制作用，避雷器均未動作。仿真中，原位置SF6斷路器開斷同樣仍有較大概率會出現(xiàn)復燃（87%），但復燃持續(xù)時間短，復燃100%均轉續(xù)流開斷或直接開斷，未出現(xiàn)等效截流情況。SF6斷路器在開斷并聯(lián)電抗器時產(chǎn)生足以造成絕緣損壞操作過電壓的概率要遠小于真空斷路器。

3）實測和仿真均表明，前置斷路器（SF6）開斷并聯(lián)電抗器對空母線情況下過電壓抑制效果明顯，亦無明顯截流和復燃現(xiàn)象。針對4套管引出的35kV油浸式并聯(lián)電抗器（即不具備中性點引出條件），該配置方式具有借鑒意義。

4）實測和仿真均表明，中性點斷路器投切（SF6）開斷并聯(lián)電抗器對母線側和電抗器側的過電壓抑制效果均非常明顯。試驗中未出現(xiàn)復燃和過電壓，避雷器也均未動作。開斷過程會導致電抗器中性點振蕩過電壓。過電壓數(shù)值為原位置斷路器開斷時電抗器側過電壓的許多倍，振蕩頻率也更高，對電抗器中性點處的匝間絕緣存在較大危害，必須加裝一組避雷器，斷路器類型建議選用SF6斷路器。

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