真空断路器投切并联电抗器试验研究 |
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为探明真空断路器投切并联电抗器时产生过电压的情况，并比较保护措施的效果，在运行电网上，对10 kV真空断路器投切并联电抗器的实际运行进行了试验，在理论上进行了定性分析。证实：真空断路器投切电抗器时，将产生较高的过电压。为限制过电压，除按目前通行的措施安装氧化锌避雷器保护外，加装阻容吸收保护装置将更为有效。最后建议盘、柜制造厂宜生产投切并联电抗器专用的真空断路器柜，以备电力用户选用。
关键词：真空断路器；并联电抗器；投切试验
真空断路器在电力系统中正在被广泛地使用，其灭弧特点、灭弧能力和结构，使它具备了一系列众所周知的优点。但它同时也有一些不足之处，如截流、弹跳和由此而产生的截流过电压和多次重燃过电压。截流过电压和多次重燃过电压在投切并联电抗器或电容器组时显得特别突出。为限制过电压，近年来采取了各种措施，并取得一定效果。
为了探明真空断路器投切并联电抗器时产生过电压(幅值及频率)的情况，并比较保护措施的效果，对真空断路器投切并联电抗器的实际运行进行了试验研究。
1试验内容、试验条件及试验接线
1.1试验内容
试验在某地220 kV变电站SFPSZ9120000/220主变压器(230 kV / 121 kV / 10.5 kV)的10 kV侧进行。在主变压器的10 kV侧，安装有两组并联电抗器、氧化锌避雷器及阻容吸收保护装置(下称阻容装置)。真空断路器及阻容装置为手车式，在试验中可以很方便地投入和拉出。试验分三轮进行，在三轮试验中，氧化锌避雷器始终都是接入的。试验接线见图1。第一轮试验：用302断路器投切第1组电抗器(第2组电抗器不接入)，按接入阻容装置和不接入阻容装置，分别投切2次和8次。第二轮试验：用304断路器投切第2组电抗器，方式同第一轮，但第1组电抗器在这轮试验中始终是接入的。第三轮试验：第1与第2组电抗器都接在母线上，而且阻容装置也是接入的，这一轮仅只切母线进线断路器(310断路器)。
1.2试验条件
试验在现场进行，正常运行条件。电压测量值为正常运行电压10.05 kV，电源频率50.15Hz，母线上的负载及电容器全部退出运行。
电抗器型号为BKK-3340/10，其额定无功功率3 340 kvar，额定电流577.3 A，额定电压10.5 kV。
真空断路器型号为ZN18-12/1250-31.5 kA及ZN18-12/3150-40 kA。
主要测量设备有暂态仪multripro 140和数字多通道记录仪ODS 2.3。
1.3试验接线
图1中，302和304为投切电抗器断路器，310为进线断路器。试验用阻容装置连接在母线上。U1，U2，为试验电压测量点，电压测量采用电容分压器。I为电流测量点。
2试验结果及分析
2.1试验结果
试验结果如表1、表2和表3所示。
2.2试验结果分析
2.2.1理论分析
在断路器切分电抗器的时候，出现的过电压倍数较高。为便于分析，将“切”电抗器时等值电路绘于图2。
设分闸前电感和电容的储能分别为：
设在t=0时分闸，则分闸瞬间，电感和电容的储能分别为：
断路器截流后，当回路总能量(磁能和电能)全部转化为电能时，如电容C上的电压为Um，则有
实际上，C1，C2对L的旁路作用很小，从图2可知
事实上，(7)式中的磁能不可能全部转化为电能，若以转化系数η(η＜1)表示这一因素，则
从(9)式可知，投切电抗器时的过电压倍数K与α、转化系数η和投切回路的谐振频率ω0有关。当α= 0时，K=1，即电感电流过零时切断，没有过电压。当α=90°时，意味着电感电流在幅值处被断(iL=Im)，过电压可达到最大值，当α≠0时，都会有过电压产生。过电压的大小取决于f0的大小。由于工频f=50 Hz，而L则是根据系统需要而决定的，因此要降低过电压(幅值和频率)，可以加大回路中的电容C，例如接入阻容装置。
2.2.2从试验数据和波形图和波形图分析
从试验数据和波形图(图3～图7)可见：
a) 断路器“合”电抗器时，无论母线带与不带阻容吸收装置，过电压都较低。如302断路器合闸时，在断路器的两侧最大过电压为112倍(见图3(a))，304断路器合闸时，断路器在电抗器侧最大过电压为122倍(见图3(b))。
b) 开关“分”电抗器时，无论母线带与不带阻容装置，过电压都比“合”电抗器时高，最高时为348倍，但母线带与不带阻容装置差别较大。带阻容装置时，最大过电压为187倍(断路器的电抗器侧，见图4)，而不带阻容装置时，最大过电压为3.48倍(断路器的电抗器侧，见图6)。可见阻容装置有明显的限制过电压的功能。
从图6还可见，302断路器切分电抗器最高过电压(348倍)出现在V相(首开相)电流接近于零但不等于零的瞬时。该相存在明显的截流和重燃，电压其时为最大(峰值)。304断路器的情形与302断路器相仿(见图8)。这大概可作为真空断路器切分电抗器的特点之一。
c) 真空断路器投切电抗器时，产生的过电压属高频振荡过电压，其振荡频率为数十千赫兹，从示波图上看不出氧化锌避雷器对该过电压有限制作用。
3结论
a) 真空断路器在关合、开断并联电抗器时，其电磁能转换过程中产生的过电压是一种高频振荡过电压，关合电抗器时的过电压符合DL/T 620—1997标准4.2.6(C)条，其幅值一般不超过标幺值2.0(本试验中为1.22倍)。
b) 真空断路器在开断电抗器时，因真空断路器的灭弧能力强，会使电流强迫过零而产生截流，由截流而产生的过电压Ldi/dt较高，较高的过电压可能使触头重燃，从而会有更高的过电压出现。在本试验中测得为3.48倍。
4建议
为降低投切并联电抗器时过电压的倍数，保护线路上的电气设备，建议考虑如下措施：
a) 宜选择不易发生重燃的真空断路器，如触头开距较大、灭弧室清净度高的断路器。
b) 除按照DL/T 620—1997标准4.2.6(c)条要求安装阀式避雷器外，鉴于该过电压属于高频过电压，建议再加装阻容装置。该装置既可降低过电压幅度，也可降低过电压的频率。
c) 盘柜制造厂宜生产为投切并联电抗器专用的真空断路器柜供用户选用，该真空断路器柜同时配装有氧化锌避雷器和阻容装置。
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| 责任编辑： 整理时间：2007-4-3 9:08:36 |
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