朱文兵，師偉，朱孟兆，朱慶東

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

真空斷路器具有低噪聲、占地少、維護(hù)量少、高可靠性、檢修頻率低、使用時間長等優(yōu)點，在國內(nèi)外已成為35 kV 及以下電壓等級中的主流斷路器。真空斷路器的滅弧能力非常強(qiáng)，造成滅弧時存在截流現(xiàn)象，導(dǎo)致真空斷路器切除并聯(lián)電抗器時會引發(fā)截流過電壓。如果設(shè)備參數(shù)匹配不當(dāng)，截流過電壓會達(dá)到很高的水平，甚至?xí)跀嗦菲鏖_斷時發(fā)生重燃或復(fù)燃現(xiàn)象，引起并聯(lián)電抗器、母線上產(chǎn)生很高的過電壓，導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備的絕緣擊穿引發(fā)事故［1-2］。

作為無功調(diào)節(jié)裝置，運(yùn)行中電抗器需要經(jīng)常被投切，過電壓問題在開合并聯(lián)電抗器組時會表現(xiàn)得極其嚴(yán)重。以某安裝并聯(lián)電抗器的變電站為例，該變電站曾多次發(fā)生由于真空斷路器開合并聯(lián)電抗器產(chǎn)生操作過電壓并導(dǎo)致設(shè)備燒毀的事故。實際測試了真空斷路器開合并聯(lián)電抗器時產(chǎn)生的操作過電壓，并分析了并聯(lián)電抗器絕緣擊穿原因，提出更換SF6斷路器的措施，有效避免了事故的發(fā)生，為后續(xù)處理類似問題提供參考。

1 概況

2015 年10 月至2018 年4 月，該站4 組35 kV并聯(lián)電抗器陸續(xù)發(fā)生故障，故障現(xiàn)象均為在投入后數(shù)秒內(nèi)發(fā)生故障，引起斷路器過流Ⅰ段保護(hù)動作。

2 檢查情況

圖1—圖4 為電抗器故障損壞情況。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況可以看出，幾組電抗器故障現(xiàn)象基本類似，均為繞組首端或尾端對地電位的鐵芯或夾件產(chǎn)生沿面閃絡(luò)，造成鐵芯、夾件及繞組表面大面積污染。

圖1 甲Ⅰ電抗器故障情況

圖2 甲Ⅱ電抗器故障情況

圖3 乙Ⅰ電抗器故障情況

圖4 乙Ⅱ電抗器故障情況

對檢查情況進(jìn)行分析，造成多臺電抗器連續(xù)發(fā)生閃絡(luò)的原因可能有［3］：

1）設(shè)備存在設(shè)計或制造缺陷，導(dǎo)致設(shè)備絕緣不良，在運(yùn)行電壓下發(fā)生擊穿。將其中一臺電抗器返廠維修后，重新進(jìn)行全部型式試驗及例行試驗，試驗結(jié)果均為合格。同時，該型號電抗器屬于成熟設(shè)計，在其他變電站運(yùn)行情況良好，但在該站卻連續(xù)發(fā)生多次電抗器擊穿情況，初步排除設(shè)計或制造質(zhì)量不良原因。

2）系統(tǒng)存在過電壓，過電壓超出電抗器絕緣耐受水平導(dǎo)致電抗器擊穿。根據(jù)故障情況分析，電抗器故障均發(fā)生在投入后數(shù)秒內(nèi)，說明電抗器在合閘或上次分閘期間產(chǎn)生過電壓損傷絕緣的可能性較大。

3 過電壓測試情況

為驗證電抗器投切期間是否存在過電壓，現(xiàn)場用斷路器對更換后的甲Ⅰ電抗器進(jìn)行了5 次投切操作，同時開展過電壓測試。實測到C 相斷路器出現(xiàn)5次彈跳和4 次重燃現(xiàn)象。

在5 次合閘過程中，C 相斷路器均出現(xiàn)彈跳現(xiàn)象，產(chǎn)生了較高的過電壓，如圖5 所示。合閘過電壓波形放大后如圖6 所示。

在5 次分閘過程中，有4 次分閘時C 相斷路器出現(xiàn)重燃現(xiàn)象，產(chǎn)生了較高的過電壓，如圖7 所示。分閘過電壓波形放大后如圖8 所示。

圖5 合閘時彈跳過電壓波形

圖6 合閘時彈跳過電壓放大波形

圖7 分閘時重燃過電壓波形

圖8 分閘時重燃過電壓放大波形

表1 給出了5 次投切電抗器過程中實測的電抗器側(cè)相對地過電壓數(shù)據(jù)。由表1 可以看出，電抗器C相多次出現(xiàn)幅值較大的過電壓，合閘時相對地過電壓最大幅值為211 kV，達(dá)到基準(zhǔn)電壓kV 的約6.4 倍，分閘時相對地過電壓最大幅值為201 kV，達(dá)到基準(zhǔn)電壓的約6.1 倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GB／T 50064—2014 《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的4.0 倍。均超出電抗器沖擊耐受電壓185 kV 的絕緣水平。

在0～2 mm區(qū)域，SMILE組在中間層手術(shù)前后差異界于臨界值（Z=-1.956，P=0.051），其余層次和范圍術(shù)后角膜光密度均比術(shù)前小，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），見表1。

表1 投切電抗器時電抗器側(cè)相對地過電壓倍數(shù)

4 故障原因分析

4.1 過電壓產(chǎn)生原因

真空斷路器合閘過程中，會產(chǎn)生動觸頭與靜觸頭接觸后被反作用力推開，然后再接觸又被推開的彈跳現(xiàn)象，造成斷口的電弧發(fā)生重燃、截流現(xiàn)象，回路中產(chǎn)生高頻的電磁振蕩，產(chǎn)生過電壓。分閘過程中，瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升速度超過斷口絕緣強(qiáng)度恢復(fù)速度時，動、靜觸頭間絕緣被擊穿，電弧再次產(chǎn)生，出現(xiàn)重燃（重?fù)舸┈F(xiàn)象，并在重燃相上產(chǎn)生重燃過電壓。

從測試結(jié)果可以看出，甲I 電抗器在合閘和分閘過程中均出現(xiàn)幅值較大的過電壓。

4.2 保護(hù)措施作用分析

避雷器是最常用的過電壓保護(hù)方法。該變電站采用避雷器星形接線方式，由于干式空心并聯(lián)電抗產(chǎn)生的投切過電壓為振蕩電壓波形，振蕩頻率非常高，造成避雷器保護(hù)高頻響應(yīng)效果較差［4-5］。

4.3 電抗器擊穿原因分析

由于電抗器在投切過程中均產(chǎn)生了幅值較大的過電壓，該電壓已遠(yuǎn)超出電抗器沖擊耐受電壓185 kV的絕緣水平。在多次過電壓的累積作用下，最終導(dǎo)致電抗器絕緣擊穿。

5 處理措施

為限制真空斷路器投切過程中的過電壓，目前一般有2 種措施：

1）加裝阻容吸收器。通過加裝阻容吸收器，可以改變高頻振蕩回路，抑制過電壓的產(chǎn)生。但由于阻容吸收器運(yùn)行過程中故障率較高，目前已經(jīng)很少采用。

2）更換斷路器。選用截流值低的SF6斷路器，可徹底避免因為截流、重燃等產(chǎn)生的操作過電壓問題。

現(xiàn)場將真空斷路器更換為SF6斷路器，運(yùn)行至今一切正常，有效避免了事故的發(fā)生。

6 結(jié)語

投切過電壓測試結(jié)果表明用于投切干式電抗器的真空斷路器在合閘和分閘過程中均會產(chǎn)生幅值較高的過電壓，該過電壓可能會超過電抗器的絕緣水平。

將真空斷路器更換為SF6斷路器可以有效地降低投切過程中的過電壓，建議對于電抗器投切均采用SF6斷路器。