真空斷路器開斷并聯(lián)電抗器過(guò)電壓組合抑制方法研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局 唐錦堯 黃秋達(dá)

關(guān)鍵字：真空斷路器；并聯(lián)電抗器；RC阻容器；過(guò)電壓

1 采用組合保護(hù)限制過(guò)電壓

并聯(lián)電抗器在正常切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象，加裝避雷器雖然可以抑制重燃過(guò)電壓，但抑制效果較差，過(guò)電壓幅值較高，頻率較大，衰減時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法對(duì)并聯(lián)電抗器進(jìn)行有效的保護(hù)，長(zhǎng)期處于高頻電壓的電抗器使用壽命將會(huì)縮短[1-2]。并且，避雷器在頻繁動(dòng)作后，會(huì)降低使用壽命。

而單獨(dú)使用RC 阻容器能夠有效抑制重燃過(guò)電壓的幅值和頻率，保障系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。但根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況分析，使用單一的保護(hù)裝置在正常情況下能有效對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行抑制，但在異常情況中（RC 阻容器損壞）對(duì)過(guò)電壓的抑制效果將會(huì)削弱，嚴(yán)重時(shí)，可能使并聯(lián)電抗器處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)[3-4]。

為能有效地抑制異常情況下過(guò)電壓的發(fā)生，消除因斷路器故障而使事故擴(kuò)大的概率，及時(shí)有效的幫助尋找故障原因。本節(jié)提出使用組合式保護(hù)裝置，即將氧化鋅避雷器與RC 阻容器并聯(lián)裝設(shè)在電抗器兩端，將氧化鋅避雷器單獨(dú)裝設(shè)在站用變兩端。在正常的開斷過(guò)程中，保護(hù)裝置為RC阻容器，可以將切斷過(guò)電壓的幅值和頻率限制在一定范圍之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)一行情況時(shí)，避雷器單獨(dú)或與RC 阻容器配合動(dòng)作，限制重燃過(guò)電壓，起到保護(hù)的作用。

2 正常情況下組合保護(hù)對(duì)過(guò)電壓的抑制情況

選用0.15μF+100Ω 的RC 阻容器和避雷器進(jìn)行混合使用，分別在電抗器電纜靠電抗器側(cè)和站用變電纜靠站用變側(cè)各加裝1支避雷器，并在電抗器前端加裝RC 阻容器，仿真圖如圖1所示，仿真結(jié)果如圖2所示。

圖1 組合保護(hù)仿真圖

圖2 組合保護(hù)下的過(guò)電壓仿真圖

通過(guò)分析可得，在發(fā)生重燃過(guò)電壓時(shí)，RC 阻容器率先對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行抑制保護(hù)，使過(guò)電壓幅值大幅度降低（低于避雷器動(dòng)作值），即避雷器未動(dòng)作。此時(shí)，電抗器處的過(guò)電壓幅值為8.8kV 和13.3kV。

3 異常情況下組合保護(hù)對(duì)過(guò)電壓的抑制情況

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和大量事故分析，現(xiàn)階段RC 阻容器的質(zhì)量參差不齊，尤其是電容器質(zhì)量更是易損易壞，常用的電容器由大量的電容器單元連接而成，外殼為瓷套。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，因內(nèi)部電容單元逐漸老化而造成電容器容值增大，嚴(yán)重時(shí)，電容器可能燒毀造成RC 阻容器失效[5-7]。當(dāng)發(fā)生RC阻容器故障時(shí)，切斷并聯(lián)電抗器過(guò)程中所產(chǎn)生的重燃過(guò)電壓不能得到有效的抑制，易導(dǎo)致故障擴(kuò)大，可能對(duì)并聯(lián)電抗器和站用變產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷。利用組合式保護(hù)裝置，可有效抑制異常情況下的重燃過(guò)電壓。

3.1 RC 阻容器單相發(fā)生故障時(shí)

當(dāng)RC 阻容器中單相電容內(nèi)部部分單元發(fā)生故障，導(dǎo)致單相電容器容值增大時(shí)（假定A 相從0.15μF 增大至1μF），切斷并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，根據(jù)仿真得知，單一RC 阻容器和組合式保護(hù)裝置下的過(guò)電壓圖形一致。

當(dāng)RC 阻容器中單相電容發(fā)生嚴(yán)重故障，電容開路，導(dǎo)致單相RC 阻容器與系統(tǒng)斷開（假定A 相發(fā)生故障），切斷并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，組合保護(hù)裝置下的過(guò)電壓仿真圖如圖3所示，單一RC 阻容器的過(guò)電壓仿真圖如圖4所示。

圖3 單相電容故障的過(guò)電壓仿真圖（組合保護(hù)裝置保護(hù)）

圖4 單相電容故障的過(guò)電壓仿真圖（單一RC 阻容器保護(hù)）

根據(jù)圖3所示，當(dāng)發(fā)生單相電容值變大時(shí)，電抗器處過(guò)電壓為8.6kV，站用變處的過(guò)電壓為12.3kV，避雷器未動(dòng)作；根據(jù)圖4所示，當(dāng)發(fā)生單相電容損壞時(shí)，組合保護(hù)裝置下的電抗器處過(guò)電壓為16.8kV，站用變處的過(guò)電壓為15.1kV，而單一RC 保護(hù)下的電抗器處過(guò)電壓為21.6kV，站用變處的過(guò)電壓為28.8kV，此時(shí)避雷器動(dòng)作。

3.2 RC 阻容器兩相發(fā)生故障時(shí)

在組合保護(hù)裝置保護(hù)下，當(dāng)RC 阻容器中兩相電容內(nèi)部部分單元發(fā)生故障，導(dǎo)致兩相電容器容值增大時(shí)（假定A、B 相從0.15μF 增大至1μF），切斷并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，根據(jù)仿真得到，單一RC 阻容器和組合式保護(hù)裝置下的過(guò)電壓圖形一致。

當(dāng)RC 阻容器中兩相電容發(fā)生嚴(yán)重故障，電容開路，導(dǎo)致單相RC 阻容器與系統(tǒng)斷開（假定A、B相發(fā)生故障），切斷并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，組合保護(hù)裝置下的過(guò)電壓仿真圖如圖5所示，單一RC 阻容器的過(guò)電壓仿真圖如圖6所示。

圖5 兩相電容故障的過(guò)電壓仿真圖（組合保護(hù)裝置保護(hù)）

圖6 兩相電容故障的過(guò)電壓仿真圖（單一RC 阻容器保護(hù)）

當(dāng)發(fā)生單相電容值變大時(shí)，電抗器處過(guò)電壓為11.6kV，站用變處的過(guò)電壓為12.7kV，避雷器未動(dòng)作；根據(jù)上面可知當(dāng)發(fā)生單相電容損壞時(shí)，組合保護(hù)裝置下的電抗器處過(guò)電壓為19.1kV，站用變處的過(guò)電壓為18.6kV，而單一RC 保護(hù)下的電抗器處過(guò)電壓為46.3kV，站用變處的過(guò)電壓為39.6kV，此時(shí)避雷器動(dòng)作。

3.3 RC 阻容器三相發(fā)生故障時(shí)

在組合保護(hù)裝置保護(hù)下，當(dāng)RC 阻容器中三相電容內(nèi)部部分單元發(fā)生故障，導(dǎo)致三相電容器容值增大時(shí)，此時(shí)切斷并聯(lián)電抗器的過(guò)電壓時(shí)避雷器不會(huì)動(dòng)作。

當(dāng)RC 阻容器中三相電容發(fā)生嚴(yán)重故障，電容開路，導(dǎo)致三相RC 阻容器與系統(tǒng)斷開，切斷并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，組合裝置保護(hù)下的并聯(lián)電抗器過(guò)電壓仿真結(jié)果與只加裝避雷器的結(jié)果一致,采用單一RC 阻容器保護(hù)下的并聯(lián)電抗器過(guò)電壓仿真結(jié)果也與與無(wú)保護(hù)下的一致。

根據(jù)圖7、圖8所示，當(dāng)發(fā)生單相電容損壞時(shí)，組合保護(hù)裝置下的電抗器處過(guò)電壓為19.2kV，站用變處的過(guò)電壓為19.2kV，而單一RC 保護(hù)下的電抗器處過(guò)電壓為48.9kV，站用變處的過(guò)電壓為35.9kV，此時(shí)避雷器動(dòng)作。

圖7 三相電容故障的過(guò)電壓仿真圖（組合保護(hù)裝置保護(hù)）

圖8 三相電容故障的過(guò)電壓仿真圖（單一RC 阻容器保護(hù)）

根據(jù)本節(jié)仿真圖分析，當(dāng)電容值出現(xiàn)增大時(shí)，RC 阻容器對(duì)過(guò)電壓的抑制情況雖有變化，但效果還是很明顯的，此時(shí)組合式保護(hù)和單一RC 阻容器保護(hù)效果一樣。當(dāng)電容出現(xiàn)損壞時(shí)，RC 阻容器對(duì)過(guò)電壓的抑制情況出現(xiàn)明顯的下降，此時(shí)，組合式保護(hù)裝置與單一RC 阻容器保護(hù)效果差距明顯，尤其在電容器出現(xiàn)兩相和三相故障斷開的情況下。