真空断路器开断并联电抗器过电压组合抑制方法研究

广东电网有限责任公司东莞供电局 唐锦尧 黄秋达

关键字：真空断路器；并联电抗器；RC阻容器；过电压

1 采用组合保护限制过电压

并联电抗器在正常切断时，会产生过电压现象，加装避雷器虽然可以抑制重燃过电压，但抑制效果较差，过电压幅值较高，频率较大，衰减时间长，无法对并联电抗器进行有效的保护，长期处于高频电压的电抗器使用寿命将会缩短[1-2]。并且，避雷器在频繁动作后，会降低使用寿命。

而单独使用RC 阻容器能够有效抑制重燃过电压的幅值和频率，保障系统能够安全稳定地运行。但根据设备实际运行状况分析，使用单一的保护装置在正常情况下能有效对过电压进行抑制，但在异常情况中（RC 阻容器损坏）对过电压的抑制效果将会削弱，严重时，可能使并联电抗器处于无保护状态[3-4]。

为能有效地抑制异常情况下过电压的发生，消除因断路器故障而使事故扩大的概率，及时有效的帮助寻找故障原因。本节提出使用组合式保护装置，即将氧化锌避雷器与RC 阻容器并联装设在电抗器两端，将氧化锌避雷器单独装设在站用变两端。在正常的开断过程中，保护装置为RC阻容器，可以将切断过电压的幅值和频率限制在一定范围之内，当出现一行情况时，避雷器单独或与RC 阻容器配合动作，限制重燃过电压，起到保护的作用。

2 正常情况下组合保护对过电压的抑制情况

选用0.15μF+100Ω 的RC 阻容器和避雷器进行混合使用，分别在电抗器电缆靠电抗器侧和站用变电缆靠站用变侧各加装1支避雷器，并在电抗器前端加装RC 阻容器，仿真图如图1所示，仿真结果如图2所示。

图1 组合保护仿真图

图2 组合保护下的过电压仿真图

通过分析可得，在发生重燃过电压时，RC 阻容器率先对过电压进行抑制保护，使过电压幅值大幅度降低（低于避雷器动作值），即避雷器未动作。此时，电抗器处的过电压幅值为8.8kV 和13.3kV。

3 异常情况下组合保护对过电压的抑制情况

根据运行经验和大量事故分析，现阶段RC 阻容器的质量参差不齐，尤其是电容器质量更是易损易坏，常用的电容器由大量的电容器单元连接而成，外壳为瓷套。在长期运行过程中，因内部电容单元逐渐老化而造成电容器容值增大，严重时，电容器可能烧毁造成RC 阻容器失效[5-7]。当发生RC阻容器故障时，切断并联电抗器过程中所产生的重燃过电压不能得到有效的抑制，易导致故障扩大，可能对并联电抗器和站用变产生严重的损伤。利用组合式保护装置，可有效抑制异常情况下的重燃过电压。

3.1 RC 阻容器单相发生故障时

当RC 阻容器中单相电容内部部分单元发生故障，导致单相电容器容值增大时（假定A 相从0.15μF 增大至1μF），切断并联电抗器所产生的过电压幅值会产生相应的变化，根据仿真得知，单一RC 阻容器和组合式保护装置下的过电压图形一致。

当RC 阻容器中单相电容发生严重故障，电容开路，导致单相RC 阻容器与系统断开（假定A 相发生故障），切断并联电抗器所产生的过电压幅值会产生相应的变化，组合保护装置下的过电压仿真图如图3所示，单一RC 阻容器的过电压仿真图如图4所示。

图3 单相电容故障的过电压仿真图（组合保护装置保护）

图4 单相电容故障的过电压仿真图（单一RC 阻容器保护）

根据图3所示，当发生单相电容值变大时，电抗器处过电压为8.6kV，站用变处的过电压为12.3kV，避雷器未动作；根据图4所示，当发生单相电容损坏时，组合保护装置下的电抗器处过电压为16.8kV，站用变处的过电压为15.1kV，而单一RC 保护下的电抗器处过电压为21.6kV，站用变处的过电压为28.8kV，此时避雷器动作。

3.2 RC 阻容器两相发生故障时

在组合保护装置保护下，当RC 阻容器中两相电容内部部分单元发生故障，导致两相电容器容值增大时（假定A、B 相从0.15μF 增大至1μF），切断并联电抗器所产生的过电压幅值会产生相应的变化，根据仿真得到，单一RC 阻容器和组合式保护装置下的过电压图形一致。

当RC 阻容器中两相电容发生严重故障，电容开路，导致单相RC 阻容器与系统断开（假定A、B相发生故障），切断并联电抗器所产生的过电压幅值会产生相应的变化，组合保护装置下的过电压仿真图如图5所示，单一RC 阻容器的过电压仿真图如图6所示。

图5 两相电容故障的过电压仿真图（组合保护装置保护）

图6 两相电容故障的过电压仿真图（单一RC 阻容器保护）

当发生单相电容值变大时，电抗器处过电压为11.6kV，站用变处的过电压为12.7kV，避雷器未动作；根据上面可知当发生单相电容损坏时，组合保护装置下的电抗器处过电压为19.1kV，站用变处的过电压为18.6kV，而单一RC 保护下的电抗器处过电压为46.3kV，站用变处的过电压为39.6kV，此时避雷器动作。

3.3 RC 阻容器三相发生故障时

在组合保护装置保护下，当RC 阻容器中三相电容内部部分单元发生故障，导致三相电容器容值增大时，此时切断并联电抗器的过电压时避雷器不会动作。

当RC 阻容器中三相电容发生严重故障，电容开路，导致三相RC 阻容器与系统断开，切断并联电抗器所产生的过电压幅值会产生相应的变化，组合装置保护下的并联电抗器过电压仿真结果与只加装避雷器的结果一致,采用单一RC 阻容器保护下的并联电抗器过电压仿真结果也与与无保护下的一致。

根据图7、图8所示，当发生单相电容损坏时，组合保护装置下的电抗器处过电压为19.2kV，站用变处的过电压为19.2kV，而单一RC 保护下的电抗器处过电压为48.9kV，站用变处的过电压为35.9kV，此时避雷器动作。

图7 三相电容故障的过电压仿真图（组合保护装置保护）

图8 三相电容故障的过电压仿真图（单一RC 阻容器保护）

根据本节仿真图分析，当电容值出现增大时，RC 阻容器对过电压的抑制情况虽有变化，但效果还是很明显的，此时组合式保护和单一RC 阻容器保护效果一样。当电容出现损坏时，RC 阻容器对过电压的抑制情况出现明显的下降，此时，组合式保护装置与单一RC 阻容器保护效果差距明显，尤其在电容器出现两相和三相故障断开的情况下。