10 kV真空開關(guān)柜操作過電壓問題及對(duì)策探討

王永春

摘 要：在對(duì)10 kV真空開關(guān)柜操作過電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行簡單闡述后，從開斷配電網(wǎng)負(fù)載的操作過電壓、開斷感性負(fù)載的操作過電壓、開斷容性負(fù)載的操作過電壓等方面，對(duì)10 kV真空開關(guān)操作過電壓的抑制方法對(duì)策進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：10 kV開關(guān)柜 真空開關(guān) 過電壓 抑制

中圖分類號(hào)：TM561.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（b）-0098-01

隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和用戶供電服務(wù)要求的進(jìn)一步提高，對(duì)10 kV配電開關(guān)設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性、智能自動(dòng)化等技術(shù)水平也提出了更高的要求。在10 kV配電系統(tǒng)中，配電設(shè)備的過電壓故障較為常見，主要表現(xiàn)為大氣過電壓（雷電）和操作過電壓兩方面，會(huì)造成配電設(shè)備發(fā)生燒損、沖擊破壞等，直接影響到配電設(shè)備供電的安全可靠性。

1 10 kV真空開關(guān)柜操作過電壓產(chǎn)生的原因

由于真空開關(guān)柜具有占地面積小、操作簡單、安全可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，在10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中得到優(yōu)選使用。真空開關(guān)柜既可以安裝在變配電中心用作出線控制開關(guān)使用，同時(shí)也可以安裝在用戶端用作終端控制開關(guān)。因此，10 kV配電系統(tǒng)中真空開關(guān)需經(jīng)常開斷各種配電網(wǎng)、電容器、電機(jī)等阻性、容性或感性負(fù)載。10 kV真空開關(guān)設(shè)備由于其自身具有較強(qiáng)的滅孤能力，因此在開斷感性負(fù)載過程中，勢必會(huì)產(chǎn)生截流過電壓、多次復(fù)燃（重燃）過電壓和三相不同步開斷引起的過電壓，也就是說10 kV真空開關(guān)在操作過程中可能產(chǎn)生的高幅值、高頻率的操作過電壓，這些操作過電壓強(qiáng)大的沖擊和破壞作用，對(duì)10 kV配電系統(tǒng)及電器設(shè)備均是有害的，尤其是復(fù)燃（重燃）和重?fù)舸l件下產(chǎn)生的高率操作過電壓對(duì)10 kV開關(guān)柜中的線圈類電器設(shè)備，如電抗器、互感器等產(chǎn)生的危害非常大，會(huì)引起設(shè)備產(chǎn)生損壞等問題，嚴(yán)重威脅到整個(gè)10 kV配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，因此在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、選型使用等過程中，必須采取合理的技術(shù)措施予以限制，確保系統(tǒng)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)營發(fā)展。

2 10 kV開關(guān)柜過電壓預(yù)防措施

2.1 開斷配電網(wǎng)負(fù)載的操作過電壓

（1）截流過電壓的抑制。

用真空開關(guān)開斷配電網(wǎng)負(fù)載過程中，截流過電壓的大小除了與開關(guān)設(shè)備自身的截流水平有關(guān)外，還同配電網(wǎng)負(fù)載的性質(zhì)、連接電纜長度等特征參變量有關(guān)。通常只需要電纜等效對(duì)地電容達(dá)到0.3μF以上時(shí)，則開關(guān)設(shè)備操作產(chǎn)生的截流過電壓基本不會(huì)危險(xiǎn)配電網(wǎng)及電氣設(shè)備的安全。但若供電電纜較短，而負(fù)載運(yùn)行工況又較負(fù)載，需要開關(guān)設(shè)備經(jīng)常開斷的配電網(wǎng)負(fù)載，則應(yīng)采取必要的防護(hù)措施限制操作過程中可能產(chǎn)生的高截流過電壓。筆者認(rèn)為，在配電網(wǎng)負(fù)載（大功率、操作頻率較高）側(cè)，應(yīng)加裝并聯(lián)電容器和并聯(lián)帶間隙的金屬氧化物避雷器（MOA）來限制開關(guān)設(shè)備操作過程中可能產(chǎn)生的截流過電壓。對(duì)于供電電纜較短、負(fù)載操作頻率較高的分支回路，相對(duì)地加裝并聯(lián)電容器，則可以增大負(fù)載側(cè)電容的作用，進(jìn)而達(dá)到降低開關(guān)設(shè)備操作截流過電壓的作用，從實(shí)測數(shù)據(jù)表明并聯(lián)電容值越大，則降低操作過電壓的效果就會(huì)更明顯。另外，通過加裝MOA氧化鋅避雷器，可以有效限制真空開關(guān)截流過電壓的幅值，將開關(guān)設(shè)備操作過電壓幅值限制在10 kV配電系統(tǒng)、開關(guān)設(shè)備及負(fù)載允許的范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行安全。

（2）復(fù)燃（重燃）過電壓的抑制。

開關(guān)設(shè)備在操作過程中，在配電網(wǎng)負(fù)載側(cè)和電源側(cè)發(fā)生呈現(xiàn)高頻振蕩的復(fù)燃（重燃）問題，其高頻過電壓的頻率主要取決于連接電纜自身的電氣特征參數(shù)和長度，一些研究表明當(dāng)電纜長度在100～200 m時(shí)，其操作高頻過電壓頻率可以達(dá)到100～200 kHz，這種高頻過電壓即便是其過電壓幅值不太大，但其反復(fù)沖擊對(duì)變壓器、開關(guān)設(shè)備等也是有害的。雖然，MOA氧化鋅避雷器可以很好的限制過電壓的幅值，但是其起達(dá)不到限制復(fù)燃（重燃）過電壓頻率的效果。因此，對(duì)于服役時(shí)間較長的變壓器、干式絕緣變壓器等，筆者建議并聯(lián)電容器來抑制復(fù)燃（重燃）過電壓的發(fā)生頻率，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

2.2 開斷感性負(fù)載的操作過電壓的抑制

10 kV真空開關(guān)在切除配電網(wǎng)系統(tǒng)中的并聯(lián)電抗器、高壓電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載過程中，因電抗器和高壓機(jī)動(dòng)機(jī)是典型的純感性負(fù)載，且感量通常較大，在操作過程中會(huì)產(chǎn)生幅值較高的截流過電壓。比作建議在采用真空開關(guān)進(jìn)行感性負(fù)載的頻繁操作控制時(shí)，應(yīng)在開關(guān)兩側(cè)均加裝RC阻容吸收裝置。從實(shí)測數(shù)據(jù)表明：采用RC阻容吸收裝置和MOA氧化鋅避雷器均能有效抑制開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的截流過電壓和多次復(fù)燃（重燃）過電壓。但由于MOA氧化鋅避雷器只能抑制過電壓幅值，不能抑制復(fù)燃（重燃）頻率及斷口間暫態(tài)恢復(fù)電壓的上升速度，因此在抑制開關(guān)操作產(chǎn)生的復(fù)燃（重燃）高頻過電壓方面的效果不是非常理想。通過并聯(lián)RC阻容吸收裝置，不僅可以限制電弧熄滅后加在開關(guān)觸頭上的暫態(tài)恢復(fù)電壓，同時(shí)還可以限制開關(guān)復(fù)燃（重燃）發(fā)生頻率。

2.3 開斷容性負(fù)載的操作過電壓的抑制

10 kV配電網(wǎng)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)變化，并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器設(shè)備也會(huì)根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)無功需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻繁投切，就需要具有優(yōu)異頻繁操作性能的真空開關(guān)設(shè)備以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)電能質(zhì)量調(diào)控需求。但真空開關(guān)在操作并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器組時(shí)，會(huì)產(chǎn)生分閘重?fù)舸┻^電壓問題，也即真空開關(guān)其觸頭通常是平面觸頭，在操作過程中不可能完全避免彈跳問題，這樣在操作過程中就會(huì)出現(xiàn)電弧斷開又連通的反復(fù)沖擊過程，其合閘彈跳引起的過電壓大約在額定電壓的3倍左右。

在無功補(bǔ)償電容器設(shè)備相對(duì)地加裝MOA氧化鋅避雷器，可以有效限制并聯(lián)無功電容器組在操作過程中產(chǎn)生的操作過電壓，同時(shí)在GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指明，可以采取MOA來限制電容器組操作過程中的單相重?fù)舸┮鹣鄬?duì)地過電壓。對(duì)于可能產(chǎn)生多相重?fù)舸┗蜷_關(guān)合閘時(shí)觸頭有彈跳問題時(shí)，筆者建議在真空開關(guān)柜中設(shè)置專門的防護(hù)裝置來限制電容器組操作過程中可能產(chǎn)生的極間過電壓，尤其對(duì)于10 kV變配電中心集中進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)設(shè)備，更應(yīng)裝設(shè)如“限制過電壓用的電阻性阻尼裝置”等設(shè)備，來確保設(shè)備開關(guān)運(yùn)行的安全可靠性。

3 結(jié)語

10 kV配電系統(tǒng)中，真空開關(guān)作為電能資源調(diào)配運(yùn)行的核心設(shè)備，其操控性能的高低，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。真空開關(guān)在使用中易出現(xiàn)操作過電壓問題，針對(duì)不同的操作過電壓問題，應(yīng)采取并聯(lián)并聯(lián)電容器、加裝MOA氧化鋅避雷器、RC阻容吸收裝置、電阻性阻尼裝置等抑制開關(guān)操作過程中可能產(chǎn)生的截流過電壓和復(fù)燃（重燃）過電壓，確保系統(tǒng)和設(shè)備具有良好的運(yùn)行工況性能。

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