并联电抗器操作过电压分析及处理措施

发表时间：2018-06-19T10:50:35.420Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：罗曼迪1 张红东2

[导读] 摘要：近年来浙江220kV变电站发生了多起低压并联电抗器投切时引起操作过电压，导致设备绝缘损坏的事件。

（1.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司浙江杭州市 310012；

2.杭州鸿晟电力咨询有限公司浙江杭州市 310012）

摘要：近年来浙江220kV变电站发生了多起低压并联电抗器投切时引起操作过电压，导致设备绝缘损坏的事件。本文通过探究低压并联电抗器投切时产生操作过电压的机理，分析了各种抑制措施的效果，并对改造和运维提出建议。

关键词：并联电抗器；操作过电压；

0.引言

近年来浙江变电站投切并联电抗器回路操作过程中发生多起过电压，造成如开关柜炸裂、所用变烧毁、主变出口短路等事故，并引起母线失电、全站交流失电等更加严重的扩大事故。因此投切电抗器回路时引起的操作过电压对设备绝缘的事故已经是一个不能忽视的问题。

开断并联电抗器过电压机理分析

经过多年的探索，国内外学者对于断路器分断小感性电流负载操作过电压的过程、机理、成因已达成一些基本共识，即：断路器分断感性负载时会产生三种形式的操作过电压：截流过电压、多次重燃过电压以及三相同时开断过电压（虚拟截流过电压）。断路器首开相的复燃对负载侧能量是补充而不是释放，产生电压级升效应，导致复燃连续发生首开相复燃。暂态电流叠加到后两相电流上，引起后两相电流出现高频过零熄弧，引发等效截流，引发猛烈过电压（对电抗器是截流，对于开关是高频电流过零熄弧）。

等效截流时电抗器电流均在100A以上，引发极其猛烈的过电压，理论峰值可超700kV，由于避雷器及断口击穿限制，实际过电压强度：并抗侧相对地过电压：100kV（避雷器操作波水平）；并抗侧相间过电压：200kV左右（2倍相对地过电压）；电抗器匝间过电压：150kV左右。母线侧（空母线）相对地过电压：100kV左右，相间过电压在200kV左右。最主要威胁是空母线系统母线侧相间过电压（200kV，对外绝缘最薄弱的35kV环氧浇铸干式所变构成严重威胁）。

220kV变电站35kV并联电抗器现场投切试验

通过实测空母线前置真空断路器开断、空母线前置SF6断路器开断（35kV）、空母线前置SF6断路器（110kV）、空母线中性点断路器开断，母线带出线情况下原位置真空断路器开断、母线带出线情况下原位置相控真空断路器开断、电抗器侧加装相间避雷器等系统配置方式下的过电压情况，可以验证各种过电压抑制手段的实际效果。|

通过表1实测结果，得出以下结论：

1）原位置SF6断路器开断并联电抗器仍有较大概率出现复燃，但复燃电流均直接开断或转续流开断，未导致避雷器均动作，对空母线情况下过电压有较好抑制作用。非空母线情况下采用原位置SF6断路器开断并联电抗器则不再会产生明显的复燃和过电压情况。 2）前置断路器（110kV、SF6）开断并联电抗器时对空母线情况下过电压抑制效果明显，亦无明显截流和复燃现象，避雷器也均未动作。针对4套管引出的35kV油浸式并联电抗器，该配置方式具有借鉴意义。

3）中性点断路器投切（SF6）开断并联电抗器时对母线侧和电抗器侧的过电压抑制效果均非常明显，试验中未出现复燃和过电压，避雷器也均为动作。开断过程会导致电抗器中性点高频率、高幅值的振荡过电压，对匝间绝缘存在较大危害，必须加装一组避雷器。 4）母线带出线对母线侧过电压有一定抑制效果，但电抗器侧过电压仍较大，依然存在过电压风险。实测中电抗器侧最大相间过电压6.15p.u.，超过允许值。

5）相控断路器对开断并联电抗器过电压抑制效果明显，实测中未发现复燃和操作过电压现象。但在进一步推广应用之前尚需挂网运行、空母线投切试验和可靠性验证。

6）相间避雷器对电抗器侧电压有明显抑制作用，且连续投切过试验程中并无发热现象，对空母线时母线过电压的抑制效果尚需进一步试验验证。

改造和运维建议

1、磁控电抗器（磁阀式电抗器）的无功调节过程无需投切，可以从根源上杜绝投切并联电抗器产生的操作过电压，具有快速、灵活且连续响应的特征，同时能显著改善运行时的谐波特性。对于新建站建议有序开展磁控电抗器试点，代替需要开关投切的并联电抗器。

2、对于空母线系统：

1）并联电抗器为干式电抗器的需优先改造。

2）若并联电抗器为6套管引出，首选加装中性点断路器，采用中性点断路器投切并联电抗器。若中性点改造空间不足，可以考虑用电缆引出，另择址安装中性点断路器。加装中性点断路器的同时必须在中性点断路器和并联电抗器之间配置一组避雷器，断路器建议选择SF6断路器。

3）若并联电抗器为4套管引出（中性点无引出条件），由于返厂改造为6套管引出的费用较高，可以选择加装前置断路器，改造可以选用利旧的高电压等级SF6断路器。

4）若连接电缆和电抗器之间无足够绝缘距离加装前置断路器，经过电压风险评估也可以选择将真空断路器开关柜改造为SF6断路器。 5）对于已将原位置真空断路器改造为SF6断路器的，可暂不改造，但应关注投切时避雷器动作情况。