郭建峰

（哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱 150010）

由于最近幾年變電器中壓側及低壓側電網(wǎng)的發(fā)展速度很快，使變電器中壓側及低壓側電網(wǎng)的短路容量不斷增加，因此，有必要研究變電器中壓側及低壓側電網(wǎng)各部件的運行情況，特別是與并聯(lián)電容器組的關系，以及變壓器中壓側及低壓側斷路器工況。

變壓器中性點不接地的中壓側電壓等級一般為：110kV、66kV，低壓側電壓等級一般為：35 kV、20 kV、10kV。中壓側、低壓側有不同的電壓等級，是取決于經(jīng)濟上的考慮，并且隨不同地區(qū)、不同電網(wǎng)而異。

截止到2014年，哈爾濱供電公司已在所管轄的98座變電站的66kV或10kV母線上裝設87組（臺）電容器， 其中66kV45組，10kV42臺。220 kV變電站一般為兩臺主變各帶66kV和10kV一段母線，每條母線上裝設一組（臺）并聯(lián)電容器，當一臺主變退出運行時，另一臺主變帶出兩條母線，若此時66kV或10kV線路發(fā)生故障，線路的斷路器在母線上帶有兩組電容器的情況下開斷短路電流時，變電站的布置和變壓器的選擇要考慮電網(wǎng)短路電流的要求。

變電站的66kV或10kV線路采用光纖縱差、距離、過流保護，常規(guī)或檢無壓、檢同期重合閘。66kV并聯(lián)電容器采用單相每臺334kV的電容器，接成星形電容器組；10kV并聯(lián)電容器采用油浸集合式。電容器組的容量一般約為變壓器銘牌容量的20~25%，即當變電器的容量為16MVA或25MVA時，選用電容器組的容量應分別為3600kV或5400kV。研究變電站的中壓側或低壓側線路斷路器的運行情況，要考慮上述電網(wǎng)的結構形式。

1 母線接有并聯(lián)電容器組時線路斷路器開斷短路

裝有電容器的變電站，斷路器在動作中出現(xiàn)的問題既與電容器組的充放電有關，又與斷路器開斷的短路電流有關。開斷電容電流的問題在現(xiàn)有技術標準中已予以考慮，本文不過多研究。然而開斷短路電流引起的異?，F(xiàn)象卻是值得注意的。

在大多數(shù)情況下，大電容與電弧并聯(lián)時，因為降低了暫態(tài)恢復電壓上升的速率，所以斷路器負擔更輕些。但暫態(tài)恢復電壓的峰值若過高就容易發(fā)生重燃。雖然暫態(tài)恢復電壓上升速率降低到一定程度可以在電流第一次過零時切斷電弧，但通常做不到這一點。如觸頭間的距離、滅弧介質(zhì)的狀態(tài)耐受不了繼續(xù)上升的電壓，就會發(fā)生重燃。

當電容器向與斷路器相連接的回路電抗放電時，會產(chǎn)生幾千Hz的振蕩電流，該振蕩電流將疊加在斷路器通過的工頻短路電流上。電容器組的電容值高，而與斷路器相連的電抗值低時，往往使放電電流初始峰值很高，可能達到或者超過斷路器的額定關合容量。斷路器內(nèi)通過的電流在恢復到50Hz之前多次過零，如斷路器繼續(xù)拉開，當電流主要是50Hz的工頻成份時，在某一個過零的時刻才能將電流斷開。而貯存于電源側電路內(nèi)的電磁能將傳送到電容器，并造成電壓升高。過電壓的數(shù)值與許多參數(shù)有關，如：開斷的電流、電容器組的容量，回路的電抗、阻尼作用和決定性的開斷瞬間（在全電流第一次過零開斷，第二次過零開斷及多次過零開斷）還有重燃電壓的幅值，過電壓的最大值發(fā)生于各種最不利條件同時存在的情況下。

如同單相對地過電壓的起因一樣，在相對相之間也可能發(fā)生過電壓。在實際電網(wǎng)中，當發(fā)生三相短路并重燃時，某相首先切斷暫態(tài)電流后，其他兩相工頻短路電流比較容易早期過零滅弧?；ハ喽探拥膬上?，可能在同一時刻開斷短路電流。當他們的極性相反時，會發(fā)生相間過電壓，其值可達危險程度。上述現(xiàn)象可在下述條件下發(fā)生：故障電流較斷路器的銘牌斷流容量低很多，同時電容器組的容量較大，因此暫態(tài)電流也較大，此時一旦發(fā)生重燃，電流要經(jīng)過幾個零點才能恢復到原來的50Hz。故障電流與斷路器銘牌的斷流容量為同一個數(shù)量級，在這種條件下運行，重燃的概率比較高。

若故障發(fā)生在線路上，產(chǎn)生過電壓的可能性是比較小的。這是因為：第一，線路的電壓降使暫態(tài)恢復電壓的幅值降低，因而降低了重燃的可能性。第二，由于電容器組至故障點之間有線路電抗，所以暫態(tài)電流的頻率和幅值也降低了。因而減少了電流早期過零的概率。電容器組串接一個幾百微亨的電抗，可以獲得同樣的效果。

當暫態(tài)恢復電壓初始上升速率較高，在電流第一次過零切斷電流的可能性較低時，用減少涌流值的方法可以獲得一定的效益。此外，還可采用斷路器觸頭的錯開閉合或采用避雷器來限制過電壓。

通常，串聯(lián)電抗器可以有效控制高頻瞬態(tài)。方案一：每個電容器組串聯(lián)一個電抗器。方案二：母線和電容器回路中加串聯(lián)電抗器。方案三：電抗器用于限制放電涌流，斷路器用于限制充電涌流。充電涌流可以采用帶時間控制的斷路器，或采用帶合閘電阻或電感的斷路器來控制；而放電涌流可以通過串聯(lián)一個電抗器來控制。

2 在臨界條件下運行的概率

當架空線路的近區(qū)發(fā)生三相短路時，斷路器處于臨界條件。對哈爾濱地區(qū)的輸電網(wǎng)進行統(tǒng)計表明，上述現(xiàn)象出現(xiàn)的概率是不可忽略的。近似的估算平均每臺斷路器每八年發(fā)生一次。這僅考慮三相故障，因為變電站的66kV側中性點是不接地的，所以電容器組對于相對地故障不發(fā)生作用。另外，當發(fā)生兩相之間故障時，由于兩相斷路器串聯(lián)開斷，上述現(xiàn)象是不會發(fā)生的。實際電網(wǎng)發(fā)生的過電壓不像標準規(guī)定的那么高。例如：有平行的其它帶有負荷的線路，就可能使暫態(tài)恢復電壓的峰值較低。斷路器外部的間隙可以保證安全運行，為搞清楚這個問題，需要研究斷路器裝設處電網(wǎng)的具體情況。

結語

經(jīng)驗表明，在66kV、10kV母線上裝有電容器的變電站中，斷路器開斷故障電流時，許多種形式的斷路器都會產(chǎn)生過電壓，仔細研究斷路器實際運行的條件是很重要的。

[1]Ramasamy Natarajan.電力電容器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.