安防之家讯：真空断路器结构简单、可靠性高、免维护、寿命长、适合频繁操作等特点使其在电力系统中得到广泛的使用。但同时真空断路器也有一些不足之处，如截流、弹跳、复燃、重燃和由此而产生过电
压。过电压问题在投切并联电抗器组时显得特别突出。为了解此过电压(幅值及频率)的情况，并比较保护措施的效果，需要对真空断路器投切并联电抗器的运行情况进行试验研究。
1 实例一
1.1 试验内容
天津某220kV变电站150MVA主变的10kV系统装有中性点不接地的BKSC-6000/10型容量为6000kvar的三相铁心并联电抗器，投切并联电抗器断路器为3AH5404W型真空断路器，断路器到电抗器的联络线为YJV22-10，3×150mm2，长度约90m的双缆，电抗器侧的避雷器为
HY5WR5-17/45型氧化锌避雷器。天津市电力科学研究院对这种电抗器作了现场投切试验。试验中使用数据采集设备记录了电抗器侧的电压和电流波形、母线侧的电压波形
1.3 试验结果分析
1.3.1 合闸过电压
由统计数据表可以看出此真空断路器投电抗器的合闸相对地过电压倍数没有超过3.0。
从合闸波形看出合闸过电压的波前在10μs以下，周期在20μs之内，属快波前操作过电压。
1.3.2 分闸过电压
从分闸的波形可以看出分闸过电压主要有两种，第一种是与感容元件的自由振荡类似的截流过电压，如图5所示，第二种是复燃过电压，如图4所示。由统计数据表可以看出此真空断路器切电抗器的分闸过电压在有复燃存在时会达到相当高的程度，相对地过电压最大值为5.83倍，在没有复燃现象存在时仅为1.57倍，可见复燃是导致分闸过电压过高的主要原因。
首开相的自由振荡频率为2517Hz，随后开断的两相振荡频率为3350Hz，属于缓波前操作过电压。
图4中注1为复燃过电压，复燃相的过电压上升沿为20～50/μs，属于缓波前操作过电压。图4中注2为复燃时在没有复燃的两相上的感应过电压波形，其波前在10μs之内，周期在20μs以下，属快波前操作过电压，其幅值比复燃相还要高，同时这两相之间的相问过电压是最高的，有时可达85～92kV(如第3，4次的BC线电压)，已经超出了运行设备的绝缘水平，而氧化锌避雷器对此类快波前、短周期的操作过电压保护效果不明显。
2 实例二
2.1 试验内容
天津地区另一220kV变电站120MVA主变的10kV系统装有中性点不接地的BKSC-5000/10型容量为5000kvar的三相铁心并联电抗器8组，投切用的断路器为3AH2115-2型真空断路器，断路器到电抗器的联络线为YJV22-10，3×150mm2，长度90～110m的双缆，电抗器侧接有氧化锌避雷器，所不同的是电抗器侧、母线侧都接有型号为LGl2-0.4/40-1(电容0.4μF，电阻40Ω)的干式过电压吸收器。天津市电力科学研究院对这种电抗器也作了投切试验。
2.2 试验结果(运行编号：2051)
2.3 试验结果分析
由统计数据表可以看出此真空断路器投电抗器的合闸过电压倍数没有超过1.3；从合闸的波形可以看出合闸过电压波前约为20～100μs，但幅值不高，波尾近似工频。
由统计数据表可以看出此真空断路器切电抗器的分闸过电压倍数没有超过2.0；从分闸的波形可以看出分闸过电压为截流过电压，其首开相振荡频率为786Hz，后开断两相振荡频率为958Hz，属缓波前过电压。
对比实例一中的数据可以看出无论是合闸过电压还是分闸过电压，实例二中的数据都较低，且实例二中没有快波前的操作过电压，可见阻容吸收装置对真空断路器投切并联电抗器的操作过电压有很好的抑制效果。
3 投切时的操作过电压产生机理
3.1 截流过电压
并联电抗器等效回路以电容、电感为主，这种回路的电压电流是不能突变的，截流必然引起剧烈的电磁振荡。忽略阻尼作用，根据能量守恒定律可推导出单相电抗器截流过电压的估计值。
由(1)可以看出真空断路器截流值越高、杂散电容越小，截流过电压越高。三相系统的截流过电压更为复杂，但其原理基本相同。
3.2 复燃过电压
断路器在开断时，如果被开断的负荷侧暂态恢复电压及其上升率高于断口绝缘强度的恢复能力和恢复速度，电弧就会在瞬间将断口击穿，产生复燃，并在复燃相上产生复燃过电压，在其它相上产生感应过电压，随后高频暂态电流出现过零点，断口再次灭弧，再次截流，如果被开断的负荷侧暂态恢复电压及其上升率仍然高于断口绝缘强度的恢复能力和恢复速度，就会再次重复“击穿-灭槐的过程，直到断口的绝缘强度足够大，不再产生复燃。
在真空断路器开断并联电抗器时，其暂态恢复电压主要由截流引起，因此截流过电压的频率直接体现了暂态恢复电压上升率；很高的频率导致很高的暂态恢复电压上升率，很高的暂态恢复电压和暂态恢复电压上升率导致很高的复燃几率。
3.3 重燃过电压
实例一和实例二的试验中都没有发现重燃现象，但重燃时的过电压问题仍然需要考虑。
一般情况下真空断路器的重燃是由于灭弧室制造时没有进行老炼造成的，在真空灭弧室采取老炼措施后，真空断路器的重燃几率很低。重燃和多次重燃的过电压产生过程与复燃的过程类似，多次重燃的过电压水平也是很高的。
3.4 合闸过电压
在实例一中的合闸过电压主要是由于合闸弹跳的存在使断路器出现了类似复燃的“击穿-灭槐过程，抬高了合闸过电压水平。实例二中虽然也可以看到弹跳现象，但没有出现类似复燃的“击穿-灭槐过程，过电压水平较低。
4 过电压保护措施及设备
4.1 过电压保护措施
根据实例一和实例二的对比和截流、复燃等过电压产生的机理，建议在电抗器侧、母线侧分别加装阻容吸收装置，以增大母线侧、电抗器侧的对地电容，既可以降低截流过电压的幅值，又可以降低截流过电压的频率，改善断路器灭弧条件，降低复燃概率，从而降低真空断路器投切并联电抗器时的操作过电压。
但即使安装了阻容吸收装置也不能保证断路器不发生重燃、复燃，同时还有可能出现非预期的谐振，出于安全性考虑，应在电抗器侧、母线侧同时安装氧化锌避雷器，以可靠地保证设备绝缘不会因过电压而损坏。
4.2 阻容吸收装置的参数
选择过电压保护设备的主要参数应考虑以下主要问题：
(1)限制截流过电压的频率，建议将其限制在1000Hz以下；
(2)运行中阻容吸收装置的谐振频率避开系统中常见的谐波频率；
(3)对运行中的阻容吸收装置的谐振频率加必要的阻尼，以防止扰动激发阻容吸收装置与电抗器的电感产生谐振造成过高的过电压；
(4)阻容吸收装置应能够保证长期运行；
(5)阻容吸收装置的绝缘水平应与系统的绝缘水平相一致；
(6)避雷器的参数应能够保护设备的绝缘。
4.3 阻容吸收装置主要参数的计算方法
根据谐振公式(式2)和实例一，电抗器的电感参数可以确定，谐振频率1000Hz的电容量为0.48μF，考虑电容器的参数有5%的误差，可选
取的电容量为O.504μF，取整后为0.5μF，再加上90m，3×150mm2双电缆的电容量0.0504μF，使用0.5μF电容的实际谐振频率为931Hz，可以很好的避开系统常见的17次以下的谐波。
根据品质因数计算公式(式3)，选取电阻值R=40Ω时，Q=7.76，考虑系统中的偶次谐波最高含量3.2%，奇次谐波最高含量1.6%，则电容、电抗器上的最高电压为U(1+0.032×7.76)pu=1.25pu(选用偶次谐波的百分数进行计算)；实际的系统中并没有如此高的谐波含量，且正好与电抗器-RC回路谐振，故选择R=40Ω的电阻即可达到阻尼的目的。此时电容的极间工作电压应考虑采用1.3pu及以上的电压。电阻的额定电流应采用1.3倍的电容正常工作电流。
5 结论
(1)真空断路器投切并联电抗器的操作过电压主要由真空开关截流引起；
(2)真空断路器切并联电抗器时有时复燃过电压水平高于截流过电压水平；
(3)阻容吸收装置对真空断路器投切并联电抗器的操作过电压有很好的抑制效果。
6 建议
(1)建议在使用真空断路器投切并联电抗器时，选择不易发生重燃、截流值小的断路器；
(2)真空断路器投切10kV,6000kvar并联电抗器时应在已有的过电压保护措施的基础上，在电抗器侧和母线侧同时加装阻容吸收装置，推荐值为R=40Ω，C=0.5μF；
(3)建议进行现场投切试验以检验真空断路器投切并联电抗器时的重燃几率、过电压水平安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/