采用斷路器首端投切方式治理35 kV并聯(lián)電抗器操作過電壓

金佳敏，鄭一鳴，陳宜斌，萬 曉

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

采用斷路器首端投切方式治理35 kV并聯(lián)電抗器操作過電壓

金佳敏1，鄭一鳴2，陳宜斌1，萬 曉1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

斷路器在開斷35 kV并聯(lián)電抗器過程中，會產(chǎn)生嚴重的操作過電壓問題，嚴重威脅35 kV系統(tǒng)設(shè)備絕緣。研究表明，通過在并抗中性點末端加裝斷路器進行投切能有效治理開斷過電壓問題，但是中性點不具備分相引出條件的并抗不具備改造條件。針對以上治理困難，提出了在并抗首端安裝110 kV電壓等級SF6斷路器的治理措施，通過現(xiàn)場試驗驗證結(jié)果表明，采用首端110 kV斷路器投切并抗能有效治理過電壓問題。

并聯(lián)電抗器；操作過電壓；空母線；首端投切；過電壓治理

0 引言

隨著城市電網(wǎng)供電規(guī)模日益增長，220 kV變電站35 kV并聯(lián)電抗器（以下簡稱并抗）安裝數(shù)量也快速增長。截至2017年，浙江電網(wǎng)在運35 kV并抗共93組，由此帶來的開斷35 kV并抗產(chǎn)生的操作過電壓問題非常嚴重。特別是35 kV母線無出線情況下，真空斷路器開斷并抗，母線側(cè)存在嚴重過電壓風(fēng)險，造成設(shè)備絕緣故障頻發(fā)，主要以35 kV側(cè)所用變壓器燒毀、相間絕緣擊穿等故障為主。現(xiàn)有35 kV系統(tǒng)設(shè)備的絕緣配置、以及傳統(tǒng)避雷器的過電壓保護，完全無法滿足并抗開斷過電壓要求。

文獻[1]對35 kV并抗開斷過電壓故障案例進行了匯總，對產(chǎn)生過電壓的機理進行研究，提出在并抗中性點末端加裝斷路器進行投切是最佳治理措施。但是在實施過程中，中性點末端不具備分相引出條件的并抗無法按照以上措施進行治理。以下根據(jù)并抗開斷過電壓的機理[1-3]，提出在首端安裝110 kV電壓等級SF6斷路器的治理措施，通過現(xiàn)場試驗驗證表明治理效果良好，對治理35 kV并抗開斷過電壓具有現(xiàn)實意義。

1 35 kV并抗操作過電壓機理

35 kV系統(tǒng)真空斷路器在開斷并抗時，斷路器兩側(cè)存在明顯的自由振蕩，引起真空斷路器首開相斷口恢復(fù)電壓快速上升，其速度遠大于滅弧室絕緣恢復(fù)速度，造成斷路器首開相連續(xù)復(fù)燃；首開相復(fù)燃有明顯的電壓級升效應(yīng)，造成復(fù)燃連續(xù)發(fā)生并不斷增強，引起暫態(tài)電流耦合到后兩相上，引起后兩相斷路器電流出現(xiàn)高頻暫態(tài)過零點被熄弧開斷，引發(fā)更加強烈的截流過電壓。

根據(jù)有關(guān)研究表明，當(dāng)系統(tǒng)為空母線時，由于母線側(cè)對地電容接近甚至小于并抗側(cè)對地電容，三相斷開口的連續(xù)擊穿對母線側(cè)產(chǎn)生強烈沖擊，母線側(cè)相對地、相間過電壓強度將分別達到約100 kV和200 kV[2]?，F(xiàn)有35 kV系統(tǒng)設(shè)備的絕緣配置以及傳統(tǒng)避雷器的過電壓保護，完全無法滿足并抗開斷過電壓防治的要求，迫切需要采取措施進行治理。

2 常規(guī)治理手段

采用35 kV電壓等級SF6斷路器同樣存在開斷過電壓問題，文獻[2]在實際投切測試中，發(fā)現(xiàn)采用SF6斷路器同樣存在類似的操作過電壓問題。因此，采用35 kV真空斷路器或SF6斷路器開斷35 kV并抗時，均會產(chǎn)生過電壓情況。前期研究的治理措施主要有兩類[1-3]：

（1）并抗側(cè)安裝匝間避雷器、安裝相間避雷器、母線側(cè)安裝阻容吸收器、增加母線線路出線等措施。這類措施屬于被動的防治措施，即在過電壓產(chǎn)生后通過電壓保護器或增加母線側(cè)電容進行防護，無法從根本上治理開斷過電壓情況。

（2）在電抗器中性點側(cè)加裝避雷器和斷路器，通過電抗器中性點末端斷路器進行投切，如圖1所示。利用并抗對系統(tǒng)自由振蕩、高頻電流的阻塞作用，能夠遏制首開相復(fù)燃、以及后續(xù)高頻電流過零熄弧的發(fā)生。這種治理措施非常有效，已在浙江省推廣應(yīng)用。

圖1 中性點側(cè)斷路器投切示意

但是變電站現(xiàn)場存在大量油浸式并抗，其中性點不具備分相引出條件，因此也就不具備中性點投切改造條件，給現(xiàn)場實施帶來非常大的困難。

3 首端110 kV斷路器投切模式

針對油浸式并抗中性點不具備分相引出條件、無法在末端加裝斷路器進行治理的困難，提出在35 kV并抗首端和連接電纜的末端安裝110 kV SF6斷路器的治理措施，其系統(tǒng)如圖2所示。改造后的投切功能如下：

（1）原斷路器功能不變，具備保護跳閘、遙控功能。

（2）新安裝電抗器首端110 kV斷路器，具備遙控功能，用于日常投切。

（3）電抗器首端開關(guān)前后，各安裝1組避雷器，用于斷路器分閘狀態(tài)的過電壓保護。

圖2 首端110 kV斷路器投切示意

其主要機理是：充分利用高電壓等級SF6斷路器斷口開距大、滅弧能力強、不易復(fù)燃和重燃的特性，避免了因首開相恢復(fù)電壓過高而產(chǎn)生復(fù)燃、重燃現(xiàn)象，從源頭上規(guī)避了過電壓情況的發(fā)生。目前普通國產(chǎn)額定電壓為126 kV的SF6斷路器，其隔離斷口額定短時工頻耐受電壓達到300 kV[15]，完成能夠滿足以上要求。經(jīng)PSCAD仿真表明，當(dāng)采用首端110 kV SF6斷路器開斷并抗時，斷路器首開相沒有復(fù)燃情況，母線側(cè)電壓正常，仿真波形見圖3。

圖3 首端110 kV SF6斷路器開斷并抗母線電壓仿真波形

但是，110 kV SF6斷路器截流離散性更高，可能會產(chǎn)生過高的截流過電壓值，需要在實際投切測試中進一步驗證。

4 現(xiàn)場驗證測試

為檢驗首端投切治理模式的過電壓效果，進行了現(xiàn)場試驗驗證。分別采用首端110 kV斷路器開斷和原真空斷路器開斷2種模式，對比2種不同投切方式下，35 kV母線側(cè)電壓情況。測試儀器采用采樣頻率為100 MHz的寬頻電壓記錄器。

4.1 首端110 kV斷路器開斷測試

在10次分閘過程中，記錄到第2次、第4次分閘時的35 kV母線電壓波形。其余8次切電抗器，由于母線電壓突變未達到電壓監(jiān)測裝置電壓突變啟動值，因此未啟動記錄。以第2次開斷時35 kV母線電壓為例，其波形如圖4所示。單相最高電壓峰值約為35 kV，為正常電壓峰值的1.2倍。

圖4 首端110 kV斷路器投切測試35 kV母線側(cè)電壓波形

從試驗過程和母線電壓波形上分析，可以判斷在首端110 kV斷路器在投切35 kV電抗器過程中，首端110 kV斷路器正常開斷，未發(fā)生復(fù)燃、重燃以及由此帶來的電壓級升效應(yīng)，35 kV母線未檢測到明顯過電壓。僅檢測到2次斷路器首開相開斷截流電壓干擾，考慮由于110 kV SF6斷路器截流離散性較高，這一特征符合110 kV SF6斷路器開斷的特性。根據(jù)突變電壓峰值、持續(xù)時間判斷對35 kV母線絕緣威脅可以忽略不計。

4.2 原真空斷路器開斷測試

采用原真空斷路器共投切電抗器2次，均檢測到35 kV母線存在過電壓現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為35 kV系統(tǒng)母線電壓發(fā)生自由振蕩情況。以第2次開斷時35 kV母線電壓為例，其波形如圖5所示，最高單相電壓峰值70 kV，為正常電壓峰值的2.46倍，最高相間電壓峰值約110 kV。

圖5 原真空斷路器投切測試35 kV母線側(cè)電壓波形

從試驗過程和母線電壓上波形分析，均檢測到35 kV母線存在過電壓現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為：35 kV系統(tǒng)母線電壓發(fā)生自由振蕩情況，振蕩呈阻尼特征，自由振蕩頻率約1 kHz，持續(xù)時間約5 ms?？梢耘袛嘣谠婵諗嗦菲鏖_斷電抗器過程中，斷路器首開相發(fā)生了疑似復(fù)燃的現(xiàn)象，并由此帶來了電壓級升效應(yīng)，35 kV母線發(fā)生過電壓情況。由于現(xiàn)場35 kV母線壓變?yōu)?TV接線方式，其阻尼特性明顯好于3TV接線方式，振蕩持續(xù)時間更短。

5 結(jié)論

通過對首端110 kV SF6斷路器開斷35 kV電抗器研究和實測，可以得出如下結(jié)論：

（1）35 kV空母線上真空斷路器開斷35 kV并抗時，35 kV母線側(cè)過電壓情況及其嚴重，特別容易引起35 kV設(shè)備絕緣故障，必須采取措施進行治理。

（2）采用首端110 kV SF6斷路器開斷并抗時，斷路器電流開斷特性十分良好，沒有發(fā)生復(fù)燃、重燃現(xiàn)象，可以從根本上避免并抗開斷過電壓情況的發(fā)生；也沒有發(fā)生因110 kV SF6斷路器截流離散性較高，而產(chǎn)生過高的截流電壓值，僅檢測到2次截流電壓干擾，其過電壓特征是“一過性”的，未造成系統(tǒng)自由振蕩，對35 kV系統(tǒng)危害可以忽略不計。

（3）對于中性點不具備分相引出條件的35 kV油浸式并抗的過電壓治理改造，推薦采用首端110 kV電壓等級SF6斷路器投切治理模式；而具備分相引出條件的35 kV油浸式并抗的過電壓治理改造，仍然建議采用中性點末端投切的方式。

[1]金百榮.35 kV并抗操作過電壓治理研究[J].高壓電器，2013（10）∶64-71.

[2]金百榮.35 kV并抗操作過電壓故障實例分析[J].電力電容器與無功補償，2016（5）.

[3]關(guān)永剛.40.5 kV真空斷路器開斷并聯(lián)電抗器時過電壓的產(chǎn)生機理[J].中國電機工程學(xué)報，2012，32（33）∶124-133.

[4]杜寧.40.5 kV真空斷路器開斷并抗的過電壓防護[J].高電壓技術(shù)，2010，36（2）∶345-349.

[5]陳梁金.35 kV空母線系統(tǒng)中真空斷路器投切電抗器相關(guān)問題分析[J]．高壓電器，2010，46（9）∶103-106．

[6]杜寧.40.5 kV真空斷路器開斷并聯(lián)電抗器的現(xiàn)場試驗[J].清華大學(xué)學(xué)報，2010（4）∶517-520.

[7]陳西庚.斷路器切合并聯(lián)電抗器爆炸原因分析[J].電力建設(shè)，2003（5）∶10-11.

[8]王永勇.關(guān)于干式空心并聯(lián)電抗器燒損問題的研究[J].黑龍江電力，2003（6）∶423-428.

[9]時燕新.真空斷路器投切并聯(lián)電抗器過電壓實例研究[J].華北電力技術(shù)，2005（6）∶5-8.

[10]李召家.真空斷路器投切并聯(lián)電抗器試驗研究[J].廣東電力，2003（4）∶29-33.

[11]劉承勝.真空斷路器開斷并聯(lián)電抗器過電壓試驗研究[J]．電工電氣，2014（10）∶37-40．

[12]宛舜.真空斷路器開斷與關(guān)合不同負載時的操作過電壓[M]．北京：中國電力出版社，2000.

[13]王季梅.真空開關(guān)技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[14]GB 311.1-1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[15]DL/T 402-2007高壓交流斷路器訂貨技術(shù)條件[S].北京：中國電力出版社，2016.

參考文獻的作用及要求

參考文獻是指為撰寫論文而引用已經(jīng)發(fā)表的有關(guān)文獻，是科技論文不可缺少的重要組成部分。參考文獻反映研究工作的背景和依據(jù)，向讀者提供有關(guān)信息的出處，論著具有真實、廣泛的科學(xué)依據(jù)，表明作者尊重他人研究成果的嚴肅態(tài)度，還免除了抄襲或剽竊的嫌疑。

國內(nèi)外檢索系統(tǒng)通常不僅收錄論文的題名、關(guān)鍵詞、摘要，還收錄其參考文獻，其中參考文獻的質(zhì)量和數(shù)量是評價論文的質(zhì)量和水平、起點和深度以及科學(xué)依據(jù)的重要指標(biāo)，也是期刊質(zhì)量量化評價指標(biāo)如影響因子、引用頻次等統(tǒng)計分析的重要信息源。因此參考文獻的數(shù)量和著錄的規(guī)范與否直接影響著論文的質(zhì)量和出版物的整體水平。

正確列出相關(guān)的參考文獻，不必大段抄錄原文，只摘引其中最重要的觀點與數(shù)據(jù)，可以大大節(jié)約論文的篇幅。本刊要求來稿作者，凡是引用參考文獻的成果（包括觀點、方法、數(shù)據(jù)、圖表和其他資料）均需要對參考文獻在文中引用的地方予以標(biāo)注，并在文后參考文獻表中列出。作者應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7714-2015書寫參考文獻著錄項。本刊建議作者引用的參考文獻在12篇以上。

編輯部摘編

2017-07-26

金佳敏（1981），男，高級工程師，從事變電設(shè)備檢修、運維技術(shù)管理工作。

（本文編輯：徐 晗）

Switching Overvoltage Control of 35 kV Shunt Reactor by Head End Switching of Breaker

JIN Jiamin1， ZHENGYiming2， CHEN Yibin1， WAN Xiao1
（1.State Grid Wenzhou Power Supply Company， Wenzhou Zhejiang 315000， China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China）

In the process of 35 kV shunt reactor breaking，serious switching overvoltage is generated that threatens equipment insulation of 35 kV system.It can effectively handle switching overvoltage to install a breaker at the end of shunt neutral point.However，neutral points without leadouts can not be transformed.Therefore，the paper suggests installing 110 kV SF6circuit breaker at the head end of shunt reactor.The field test shows that head end switching of 110 kV breaker can effectively control overvoltage.

shunt reactor； switching overvoltage； no-load busbar； head end switching； overvoltage control

10.19585/j.zjdl.201710011

1007-1881（2017）10-0055-04

TM732

B