真空断路器投切电容器组的探讨
12kV投切电容器组用户内断路器应用研究探讨
12kV投切电容器组用户内断路器应用研究探讨随着我国电力系统的不断发展和技术进步，近年来国内对于配电设备的要求越来越专业化、精细化，对于电能质量的要求也不断提高。
针对目前中压户内产品，用于投切电容器组、SVG负载等场合，断路器的类型主要有：真空断路器、SF6断路器、固态开关等。
而真空断路器又根据灭弧室及操动机构的不同形式主要分为3种：普通单个真空灭弧室+弹簧或永磁操动机构、双真空灭弧室组成的双断口+弹簧或永磁操动机构、永磁操动机构分相操作的同步开关。
目前国内在实际使用中，投切电容器组、SVG负载主要采用SF6断路器或真空断路器。
现就目前应用中的一些问题和心得做一些探讨。
二、真空断路器投切电容器组试验数据的分析：国内某试验站近5年所做投切电容器组型式试验的统计数据见表1：表1：近5年12kV及40.5kV真空断路器投切电容器组型式试验情况从上述统计数据可以看出，40.5kV真空断路器投切电容器组型式试验通过率平均仅为50.9%，而且5年来通过率不是增长的趋势。
12kV真空断路器试验通过率平均为72%，而且近几年在稳步增长，特别是去年达到了83.3%的通过率。
由此可见12kV真空断路器在应用于投切电容器组时可靠性尚可。
三、电网用户对投切电容器组用断路器的要求：近年来国网公司对中压配电设备采取统一招标的方式，促进了产品的标准化和规范化，对招标产品品质控制也起到了积极的推动作用。
在国网统一招标的初期对40.5kV投切电容器组用断路器未明确规定必须使用SF6断路器。
目前国内可供选择的40.5kV SF6断路器除一些合资厂家外，国内部分厂家也有在生产。
这些SF6断路器通过了按照国标进行的全套型式试验，可使用于投切40.5kV电容器组的项目中。
在国网统一招标的前期，包括在2014版的国网采购标准中，对12kV投切电容器组用断路器的种类并未提出明确要求用SF6断路器。
2014版的国网采购标准中，《12kV－40.5kV柜内交流断路器采购标准》（标准号为Q/GDW13085.1、Q/GDW13085.2、Q/GDW13085.3、Q/GDW13085.4）中也只对12kV真空断路器、40.5kV真空断路器、40.5kV SF6断路器的通用和专用技术规范进行了要求，未提及12kV的SF6断路器。
10KV投切并联电容器组的过电压分析与抑制
１ 概 述
投切并联无功补偿装置时产生的过 电压主 要有两种 ；一种是合 闸时产生的过 电压 ；另一种是切除时 ，由于开关发生重燃产生 的过 电压 。第二种过 电压对并联无功补偿装置的危害更为严重 。操作过 电压成为 电容器运行中的一个危险因素 ，对并联 电容器组操作过 电 压的抑制，是并联电容 器组运 行的一个重要课题 。 本文 以某‘ ｌ Ｏ ｋ Ｖ系统真空开关投切并联 电容器 组为例， 对 可能产 生的操作过 电压进行分析研究 。 ‘ 对投切并联 电容器组产生 的操作过 电压利用阻尼装 置进行 限制，对 阻尼 限流器 的参数进行 了选取 。 ２ 阻尼装置及其参数选取 如 图１ 所示， 用 于并联 电容器的过 电压 阻尼 装置 由火花 间 隙Ｇ 与阻尼 电阻Ｒ串联组成，该装置并联在并联 电容器Ｃ 的串联 电抗器 Ｌ两端 。
图５不同阻尼电阻对 电容器支路 电流 的影响
ｆ ／ 赢
似
电磁暂态程序 的合闸过 电压和分 闸重燃 过 电压仿真结 果显示， 在阻尼电阻等于Ｒ ０ 的１ ／ ２ 时， 电抗器支路 电压、 电容器支路 电压 、母 线电压 、中性点 电压等最小 ：随着阻尼 电阻增加， 电容器 电流 、阻 尼电阻 电流变小，电流有一最小值，达到最小值后，随着阻尼 电阻 增加， 电容器 电流、阻尼 电阻 电流又增大 。可见，对于具体 的并联 电容器组， 阻尼电阻的选取需要具体分析，综合 考虑 限制过 电压 、 过 电流 以及阻尼电阻在暂态过程 中吸收的能量来加 以选择 。
投切电容器组时产生的过电压及其防止措施
投切电容器组时产生的过电压及其防止措施在电网的众多变电所及重要工矿企业的变电所装投并联补偿电容装置，以便平衡无功功率，减少送电线路的无功传送，挖掘输变电设备的容量，提高电压，改善功率因数，降低线损，节约电能，增加用户生产，提高经济效益，因而并联电容器补偿装置在电网中应用越来越广泛。
电容器组具有频繁投切的特点，一天便要投切几次甚至几十次，一年达万次以上，而能适用这种频繁操作的断路器是真空断路器。
目前多数变电站仍使用国产真空断路器频繁投切电容器组，易在电容器侧产生很高的重燃过电压。
为此，结合我站实际分析国产zn-10型真空断路器投切电容器组时产生过电压的原因，并争取相应的防御措施，以杜绝事故的发生，保证电容组的安全运行。
故障情况：国产zn-10型真空断路器由于质量部稳定和安装调整不当，在投切电容器组时，发生多次重燃，引起重燃过电压，其过电压值为额定相电压的3.5倍以上，导致电容器大批破坏。
据系统内一事故通报，hd电网的甲变电所，于1979年7月，用zn-10型真空断路器开断6480千伏电容器组时，造成电容器爆炸事故。
经现场试验，操作4次，a、b两组相各重燃4次，电容器侧过电压幅值为额定相电压的5倍。
乙变电所于1980年9月，用zn-10型真空断路开断5616千伏电容器组时，造成大批电容器损坏事故。
经现场试验，操作35次，重燃4次，电容器侧过电压幅值为额定相电压的4.3倍。
丙变电所于1982年3月，用zn-10型真空断路器开断6012千伏电容器组时，造成电容器组的破坏事故。
经现场试验，操作35次，重燃2次，电容器侧过电压幅值为额定相电压的3.3倍。
近十几年也相继在多个电网的变电站发生过类似事故。
故障原因：国产真空断路器有一定的重燃率。
在燃的次数越多，过电压倍数也越高。
重燃时，过电压较高的通常不是重燃的，而是不重燃相中的一相。
发生一相一次重燃的较多，这时的重燃过电压倍数一般在3倍以下，不会使电容器发生故障。
解决无功补偿装置投切电容器组过电压问题装置
解决无功补偿装置投切电容器组过电压问题装置小编通过无功补偿相关资料文献了解到，其无功补偿装置在投切电容器组时，会出现较高过电压，能造成断路器相间击穿，开关柜绝缘损坏，出现母排击穿，绝缘子击穿等危害，最为严重的是，会造成电抗器的匝间短路，烧毁电抗器，对电力系统稳定运行影响很大。
因此，专注直流偏磁治理的安徽正广电公司专家人员对此进行了一番研究证明。
由《变压器类设备典型故障案例汇编2006-2010》中电抗器故障汇编得知，干式电抗器故障的原因基本都是因为匝间绝缘击穿、放电引起的。
针对此问题安徽正广电技术专员们进行了进一步挖掘。
为什么匝间绝缘这么容易被击穿？加大绝缘水平就可以了。
我们知道，电抗器是一种电感线圈，它的性质决定了它的绝缘水平不可能做的很高。
另外，无功补偿装置投切频繁容易导致电抗器匝间绝缘老化，运行时间一长，势必会达不到应有的绝缘水平，匝间绝缘会被击穿。
那么产生该现象的原理是什么呢？（1）无功补偿装置是通过断路器的投切来实现系统的无功补偿的。
在断路器开断过程中，合闸时会有一个合闸弹跳过程；如果合闸时，电流刚好即将过零点，由于真空断路器的截流作用，无功补偿装置中电容、电抗形成的回路能量会相互充放电，形成高频振荡，产生很高的恢复电压，我们可以将串抗回路等效成一个电容、电感为主的回路，这样回路电压电流不能突变，一发生截流，必然会有高频振荡过电压，而该过电压在回路中无处释放，就会施加在电感的上，而来回振荡，电流又不能突变，很容易造成匝间的电位不均，这样电抗端部绕组分压会比较高，极易造成端部匝间击穿，电抗器易烧毁。
（2）电抗的高频过电压也可以通过电容传递到开关柜，在截流时，电抗产生高频截流过电压，一方面对自身端部匝间绝缘造成累积性伤害，同时通过电容向开关柜传递，此时电容电压停留在略大于相电压峰值上，到达开关柜的电压为一相当于相电压峰值的直流电压叠加一个高频截流过电压，与开关柜电源侧的电压叠加，一般会出现5倍以上的断口压差；相间也会出现较高的压差；因此，开关柜会出现灭弧室、母排、绝缘子击穿的事故。
中压真空断路器投切电容器组时的过电压分析及对策
中压真空断路器投切电容器组时的过电压分析及对策孔 兵(南京师范大学科技产业集团,江苏南京210042)摘 要:本文以中压断路器投切电容器组时产生的过电压及其特点出发,分析其产生的原因并提出相应的对策。
关键词:真空断路器;过电压;对策中图分类号:TM56112 文献标识码:B 文章编号:10072760X(2001)062048203Analysis and Countermeasures about the Over2voltage of Medium2voltageV acuum B reaker as Turning2on or Cutting2off the C apacitor G roupKON G Bing(Nanjing Normal University,J S Nanjing210042,China)Abstract:In this article,the over2voltage produced by the medium voltage vacuum breaker turning2on or cut2 ting2off the capacitor group is discussed.The reasons and proposes countermeasures is analysed.K ey w ords:vacuum breaker;over2voltage;countermeasure1 引言中压真空断路器,灭弧能力很强,应具有良好的投切电容器性能,但由于灭弧室的材料和制造工艺具有分散性,加之断路器的操作机构性能的局限,投切电容器组时有的产生过电压,有的则不产生过电压,有的还产生开断后发生非自持放电现象,这些都限制了其在电网中的应用,近年来灭弧室材料和工艺的进步,加上人们对真空断路器投切电容器组的性能有了较深的认识和研究,完全可以采取相应的对策将重燃机率降到最低,因为尚存在随机的因素使断路器开断时产生过电压,所以仍需采取相应措施将过电压限制在可以接受的程度。
真空断路器投切10KV电容器组产生涌流及过电压的探讨
真空断路器投切10KV电容器组产生涌流及过电压的探讨摘要:详细介绍真空断路器投切电容器组时会产生合闸涌流与过电压，重点分析合闸涌流与过电压产生的原因、危害及采取的限制措施。
关键词:真空断路器电容器组合闸涌流重燃过电压在500KV及以下的电力系统中，为了提高电网的功率因素，改善电压质量，降低线路损耗，大多在变电站安装10KV电容器组集中补偿。
但是随着电力系统负荷的不断变化，为了调节无功，需对电容器组作频繁的投切。
作为投切电容器组的心脏，真空断路器在投切电容器组过程中会产生涌流与过电压，给电力系统带来严重的危害。
因此有必要对真空断路器投切电容器组产生的涌流与过电压作进一步的探讨。
1、真空断路器投电容器组产生合闸涌流1.1 合闸涌流产生的原因真空断路器投电容器组时会产生合闸涌流，而电容器的合闸涌流可分为单组电容器的合闸涌流与多组电容器追加的合闸涌流。
单组电容器在首次合闸投入运行的瞬间，即电容器处于未充电状态流入电容器的电流，仅受系统阻抗的限制。
由于系统阻抗很小，近似短路状态，这时将产生很大的合闸涌流流入电容器组。
涌流的最大值发生在电容器合闸的瞬间，刚好系统电压处于最大值时。
当已有一组或多组电容器运行时，再投入另一组电容器，这时的合闸瞬间，将产生追加的合闸涌流，当追加的电容器组与运行的电容器组的时间间隔很近时，它们之间的电感很小，几乎为零，追加的电容器组近似短路状态，所以运行的电容器组将向追加的电容器大量充电，全部的冲击合闸涌流都将流入追加的电容器组。
这时的合闸涌流将达到极其危险的程度，特别是在系统电压处于最大值的瞬间合闸时，追加的涌流将达到最大值。
同时，由于电容器组之间的连接线电感很小，所以振荡频率也较单组电容器合闸时的涌流频率高很多。
电容器组合闸瞬间产生的涌流大小还与投入的电容器组的容量和安装地点的短路容量有关。
如果电容器处在较大短路容量系统中，而且电感较小，则合闸涌流的幅值较大且频率较高。
1.2合闸涌流过大的危害合闸涌流的幅值可达到电容器额定电流的几倍甚至几十倍，而且频率高，但其持续时间短，在几毫秒内迅速衰减到安全稳定状态。
真空断路器投切电容器组时发生爆炸的原因
真空断路器投切电容器组时发生爆炸的原因爆炸的原因，在运行电网上进行了10 k V真空断路器投切电容器组的试验。
5组样机为不同批号和洁净度的真空灭弧室，将其安装于同一组真空断路器上投切同一组电容器组。
通过分析试验结果，得出结论：爆炸原因是真空断路器投切电容器组时发生重击穿并产生较高的过电压；真空灭弧室内部洁净度是影响真空断路器投切电容器组重击穿率的重要因素；真空断路器在投运前进行50次以上的电气老练试验是必要的。
关键词：真空灭弧室；洁净度；重击穿真空断路器具有体积小、质量轻、维护简单、可频繁操作、不污染环境、无火灾和爆炸危险等优点，在电力系统中应用广泛。
广东电网大量采用了10 kV真空断路器，并用作投切电容器组。
真空断路器在广东电网运行中，也暴露了一些问题。
例如在投切电容器组时，发生了电容器组爆炸事故。
是因为电容器组质量不良，或是真空断路器有问题导致电容器组爆炸？为探讨其原因所在及其产生机理，开展了真空断路器投切电容器组试验验证工作。
1 试验条件及试验结果众所周知，真空灭弧室是真空断路器的心脏，真空断路器的电气性能主要取决于真空灭弧室的设计及其生产工艺。
本次试验是把注意力集中到灭弧室上，也就是说整个试验过程是研究真空灭弧室。
把5组不同批号的普通型或高洁净度型的真空灭弧室作为样机，按先后次序安装于同一组真空断路器上进行投切同一组电容器组试验，每次更换灭弧室后均保证真空断路器机械特性参数前后一致，只有这样才能得到较真实的结果。
本次试验验证现场是在原事故的某变电站某事故间隔的10 k V真空断路器及该组电容器组（事故后已更换为新的电容器）上进行投切试验，试验时的运行方式与事故当时的运行方式相同。
2 试验结果分析及结论2．1 真空灭弧室洁净度对投切的重击穿率的影响1～3号样机为普通型真空灭弧室,试验过程均发生重击穿,其中1号样机情况最为严重，重击穿率达91．6％，且产生较高的过电压倍数，会损坏电气设备的绝缘；4号、5号样机为高洁净度真空灭弧室，分别进行了120相次投切电容器组，无重击穿现象发生。
真空开关投切电容器组过电压问题及其对策
真空开关投切电容器组的过电压问题及其对策2.3.2真空开关开断三相电容器组时的重燃现象及其过电压按运行状况，开断电容器组重燃过电压有无故障单相重燃、带故障单相重燃和两相重燃三种类型。
1、无故障单相重燃如上所述，当 180=t ω时，真空开关A 相的断口恢复电压可以达到相电压幅值的2.5倍，因此发生重燃的几率较大。
假定此时A 相重燃，由于线路中电感元件和电容器对地电容的影响，线路中将会产生高频振荡。
由于N C ＜＜C ，高频振荡过程中可以将电容器组C 视为电压源，忽略线路的损耗，重燃相对地最大过电压ma U 为：ma U 5.35.1)1(2-=--⨯=中性点对地电压幅值为：5.415.3-=--=-=aN ma mN U U U由于中性点出现过电压mN U ，相应地，非重燃相也出现过电压：13.437.05.4-=+-=+=bN mN mb U U U87.537.15.4-=--=+=cN mN mc U U U可见，开断中性点绝缘的三相电容器组，如果单相重燃，过电压主要加在电容器组中性点与地之间，电容器极间无过高的过电压。
重燃相过电压并不是最高的，往往是通过中性点传递至不重燃的二相中的一相，成为过电压最高相。
此时真空开关非重燃相的断口恢复电压将分别为：63.4)13.4(5.0=--=trB u37.6)87.5(5.0=--=trC u显然，此时的断口恢复电压已经超过了真空开关的工频绝缘水平，极有可能导致断口击穿。
如果击穿产生在真空灭弧室内部，则单相重燃变成了两相重燃，电容器组上将会出现最高可达三倍的过电压；如果击穿产生在真空灭弧室外部，就会出现外绝缘闪络，并进一步引起相对地或相间放电，最终发展成两相或三相短路，导致开关损坏，成为永久性故障。
短路故障发生时电源和电容器组同时向短路点供电，电容器组上的残余电压得以快速泄放，因此真空开关的外绝缘闪络不会在电容器组产生过电压。
在实际运行中，经常会出现因真空灭弧室外绝缘闪络而导致的开关柜烧毁，而工频耐压低得多的电容器组却未见异常的现象，这种现象正是单相重燃过电压所为。
电力系统电容器投切技术研究
电力系统电容器投切技术研究随着电力系统的快速发展和用电负荷的不断增加，电网运行中面临的问题也日益复杂。
其中之一便是电网的稳定性问题。
为了保持电网的稳定运行，降低负荷电压波动和电压谐波，电容器投切技术成为一种重要的优化电力系统运行的手段之一。
本文将对电力系统电容器投切技术进行深入研究。
首先，我们需要了解电容器的作用。
电容器是一种储能设备，其具有储存电能的功能。
在电力系统中，电容器广泛应用于电网的无功补偿，能够提高电网功率因数，降低输电线路的潮流并减少系统的无功功率损耗。
然而，电容器也存在一些问题。
当电容器长时间投入时，会导致系统电压过高，甚至引发设备过电压损坏。
因此，电容器投切技术应运而生。
电容器投切技术是指在电力系统运行中，根据电网负荷的变化，合理地控制电容器的投入和退出，以达到优化电网运行的目的。
电容器投切技术的研究目标主要有两个方面：一是保护电容器不受损害，避免过电压的发生；二是调节电网的功率因数，提高电网的稳定性。
在电容器投切技术的研究中，需要考虑的因素很多，如负荷的变化情况、电容器组的特性、保护装置的选取等。
首先，我们需要对负荷的变化情况进行监测与分析。
负荷是决定电容器投切时机的关键因素之一。
如果负荷变化幅度较小，可以采用定时投切方式；如果负荷变化幅度较大，可以采用感应投切方式。
其次，电容器组的特性也需要考虑。
电容器组的特性包括电压等级、容量和响应速度等。
电容器的电压等级应与电网的电压等级相匹配，容量应根据负荷特性和系统需求进行选择，响应速度应满足电网对无功功率的控制要求。
最后，保护装置的选取也非常重要。
电容器的投切会引起短暂的过电压，因此需要合适的保护装置来保护电容器和电网设备。
除了考虑以上因素，电容器投切技术的研究还需要进行电容器的模型建立和优化控制策略的设计。
模型建立是指建立适合电容器投切控制的数学模型，可以通过对电网的影响进行模拟和预测。
优化控制策略的设计是指设计一种合理的控制策略，使得电容器的投切时机和方式能够最大限度地优化电网运行的效果。
中压真空断路器切电容老炼试验
中压真空断路器切电容电力系统的无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段。
电力系统中常规负荷（阻抗）：1）电阻2）感抗3）容抗合闸涌流的产生：电网运行中为提高功率因数，而将电容器投运，在合闸投运瞬间即产生合闸涌流。
因为在电容器第一次合闸投运瞬间,电容器处于未充电状态，其流入电容器的电流，只受其回路阻抗的限制。
由于该时回路状态接近于短路，回路的阻抗很小，因此将产生很大的冲击合闸涌流流入电容器。
涌流最大值发生在合闸瞬间。
如在电容器切除退出运行后，未经充分放电再次合闸，则合闸产生的涌流为未充电状态时合闸涌流的2倍。
因为电容器切除仍处于带电状态下，把电容器再次投运，又刚好处于系统电压与充电电压大小相等、方向相反，所以合闸涌流较大。
投切电容器的几个关键问题：重击穿、重燃、NSDD（非自持破坏性放电）容性电流开合试验时允许出现重燃。
根据断路器的重击穿性能可以将其分成两级：Cl级：特定的型式试验（6.11L9∙2）验证的容性电流开合试验中具有低的重击穿概率。
C2级：特定的型式试验（6.11L9∙1）验证的容性电流开合试验中具有非常低的重击穿概率。
提高真空断路器投切电容器组的成功率：1.提高真空灭弧室的耐压能力。
真空灭弧室作为真空断路器的心脏，对于能否成功投切电容器组起着重要的作用，需要灭弧室厂家从结构上，材料上研究，使电场分布均匀，抗熔焊能力强，截流值更低。
2.控制灭弧室生产过程。
金属零件加工过程中，尽量避免和祛除干净零件的毛刺，提高表面质量，保证表面光洁度；装配前对部件进行超声波清洗，祛除灭弧内的微粒。
生产过程中控制装配间的空气湿度和悬浮微粒，减少触头部件存放时间，及时装配密封，减少氧化污染的几率。
3.提高断路器的设计质量和装配质量，控制机械特性在合理范围灭弧室导电杆对中性好，垂直布置，不受应力；操作机构输出功合适，分合闸速度在合理范围，分闸反弹和合闸弹跳尽可能小；断路器零件和装配质量控制好。
真空开关投切电容器组合闸涌流分析
真空开关投切电容器组合闸涌流分析摘要：投切电容器组是真空开关面临的难点之一，这是由于在真空开关合闸过程中将产生涌流，涌流电流很大，频率也很高，会严重烧蚀触头，影响开关在分闸时电弧熄灭后耐受恢复电压的能力。
本文分析了投切电容器组简化电路，分析了涌流的大小，结合最新的容性关合涌流研究成果，提出了提高真空开关投切电容器组成功率的建议。
关键词：真空开关，电容器，合闸涌流0、引言由于电路无功补偿的需要，电容器组需在合适的时机将投入电路或者从电路中切除。
这是因为电容器组投入电路之后会产容性无功功率，将与电路中感性负载如电动机等产生的感性无功功率中和，从而提高电路整体的功率因数，有效低利用发电、变电及输电设备。
由于真空开关具有绝缘性能好、开断能力强、环境友好、免维护等优点，真空开关在中压领域得到广泛应用，在投切电容器组场合也有很多应用。
然而，根据对大量真空断路器投切电容器组试验结果的统计分析表明：国内的 12 kV 真空断路器的重击穿概率为 1%~2%，而 40.5 kV 真空断路器的重击穿概率则达到 2.6%~6%[1] [2]。
而在开断电容器组时，重击穿或重燃有可能会引起高达系统相电压5倍的过电压，可能会导致电容器爆炸，造成很大的事故[3]。
因此，研究开发低重击穿概率的投切电容器组真空开关已经成为研究真空开关的研究热点和难点。
本文详细分析了真空开关投切电容器组的暂态过程，并计算了开关合闸过程的涌流和分闸过程的瞬态恢复电压大小，结合最新的容性关合涌流研究成果，提出投切电容器组对于真空开关特别是真空灭弧室的要求。
1、投切电容器组电路暂态过程1.1 单个电容器组图1为简化的单个电容器组的情况，其中Ls为电源侧线路电感，Lc为电容侧线路电感，C为电容器组。
开关合闸时，电路相当于一个简单的LC电路，流过开关的电流i与电容C和电感L=（Ls+Lc）相关。
开关合闸时，当触头间隙小到一定程度，触头间隙将发生击穿，电流将沿击穿通道流过触头间隙，此时电流的最大值等于零时刻的电容电流，称为涌流。
相控永磁真空开关关合电容器组控制方案的探讨
同时由于 1 C
L , 则式 （2）可 以简 化为 ：
电力科技
海峡科学
HAI XI A KE XUE
uC U m sin( t ) (U 0 Um sin )
* cos 0t ( U m cos ) sin 0t
（3）
0
由 于 ω0 > ω ， 则 电 容 器 上 出 现 的 过 电 压 值 为
目前，380V低压配电系统中在无功补偿投切电容器组时 利用晶闸管进行选相合闸，但是作为电力电子器件，晶闸管 在运行中要消耗功率，同时还产生大量谐波，给电力系统和 企业生产带来危害。而传统的断路器操动机构采用弹簧机构 和电磁机构，这些机构通常是由复杂的传动机构组成的机械 系统，运动时间分散性大，可控性差、响应速度慢，因而很 难实现机械运动的精确控制。而选相合闸技术的关键正是动 作时间精确，并且要求单极操动，这一点是传统的操动机构 难以胜任的。配永磁操动机构的真空断路器（接触器）具有 机械部件少、动作时间分散性小、电子操动便于实现各种控 制等优点，经进一步改进成单极选相控制，就能实现同步关 合。
（4）
式中 A =
a
2 1
+
a
2 2
， θ=
arctga 2
/
a1 。
由上式可见，电容器的涌流由工频部分和高频部分组
成。工频部分就是电容器中流过的稳态电流，高频部分为暂
态电流。由于电路中总有电阻存在，故暂态电流将会很快衰
减到
零。一
般情
况下，暂
态电
流频
率
ω 0
>
ω，可能出现的涌
流峰值 I Cm将达到
I = CωU + CωA
U cm
真空开关投切电容器组重燃问题探讨
压 电器 ０ ３ ２０ ．
［】 ２陈锦 清， 李端 姣． 真空 断路 器投 切电容器 组试验验 证［ 广东 电力，０ ２ Ｊ １ ２０ 码 Ａ Ｍ
文章 编号 １７ —６ １（ １）１－ １３０ ６３９ ７一２ ２ ０４— １ ０ ０１
在供 电系统 中，电能损耗等多种原因使供 电电压不正常 ，为了维持 电压 与功率 因数 ，减少功率 损耗 ，常需要采 用无功补偿 的方法来 维持 电网的正常工作电压 ， 保证供 电质量。近年来 真空断路器 以其使用寿命 长 ，可频繁开断 、无 油 、少维护等优点 ，在电力 系统 中得到 了广泛的应 用 ，随着真空开关在中压领域 占领 了绝对优势的市场份额 ，使这一需求 显得更加突出和紧迫。
振 动引起灭 弧室 内 微 粒释放所 造成的 ，用微粒击 穿理论对 真空开关 在投切 电容器组实验 过程 中发 生的各种 现象进行 了解 释 ，并 总结 了真 空开关在投 切电容器 组时发生 重燃现象 的特点 。最 后提 出了提高真 空开关投切 电容器组 可靠性应 采取 的措施 。
关键 词 真空开 关 ；投切 电容器组 ；重燃问题
差 的 控制 失 控 有关 。
２ 从 投切 电容器 组 的过程 分析 发 生重燃 的原 因 １ 活动性微粒 的存 在与管子的真空度 、管子 的结构 、 ） 触头 材料的 性 能是没有直接关系的 ，它的掉落具有偶然性 ，引起放 电的时间也是短
暂 的。因此 ，可 以确定 ，真空开关在投切 电容器组时的重燃现象是分闸 操作 中的机械振动引起灭弧室内的微粒释放所造成的击穿所致 ，重燃概 率 的高低仅与管 内存在微粒的多少有关 ，且随着系统电压 的增加 ，投切 电容器组 时发生重燃的可能性会 明显增加 。灭弧室投切电容器组 的性能 与其短路开断性能之间没有直接的关 系，其性能与灭弧室的设计参数 、 零件表面光洁度 、灭弧室的清洁度及其制造工艺密切相关 。 ２）电容 器组 在投切前 已经被充 电， 自身具有一 定的电压 ，开关接 到分 闸指令后断开 ，电弧熄灭 ， 外部线路为随着时间而不 断变化极性的 交流电压 ，因此 ，开关断开后将受反 向的电压 ，使开关断 １ ２ １ 最大需要承 受２ 的正常线路 电压 ，这是 比一般的开断过程要严酷 的地方。 倍 ３）电压击穿主要有两种方式 ：场致发射和微粒击穿 。在真空中场致 发射导致的击穿时间非常短 ， 一般不超过 ｎ 秒 ， 毫 这与在切合电容器组时 观察到的延时几十毫秒才击穿的现象不符 ，因此，可以排除 由 于场致发射 导致重燃 的可能。真空灭弧室在制造过程中要保证灭弧室 内部的真空度 ， 必须保证灭弧室内的清洁，但不可避免灭弧室内部总会有各种微粒 ，电极 表面总会粘附有一些小质点 ，零件总会有一些毛刺 ，灭弧室在装配过程 中 总会带进一些油污、汗渍 、棉纱纤维，这些微粒在 电场的作用下会附着电 荷 ，并可能在开关的动作过程中被释放而产生运动 ，具有一定的动能，如 果 电场足够强 ，微粒的直径和质量又合适 ，在穿过间隙到达另一 电极时已 经具有很大的动能 ，在与另一电极碰撞时 ，动能转变为热能 ，使微粒本身 蒸发变成蒸汽扩散 ，使局部的粒子密度迅速变大 ，这些粒子又与场致发射 的电子产生碰撞游离，最终导致间隙的放 电击穿 。
一种永磁断路器智能相控系统在变电站并联电容器组投切中的应用
一种永磁断路器智能相控系统在变电站并联电容器组投切中的应用本文介绍了一种由单稳态真空永磁断路器和分相同步投切控制器组成智能相控系统。
对变电站电容器组投切过程产生的合闸涌流及过电压的情况，分析其对电容器组、断路器寿命及电网质量的影响，通过对变电站各种开关投切电容器组无功补偿方式的技术性能对比分析，进一步说明智能相控系统在变电站并联电容器组投切中应用的优点。
标签：永磁断路器；智能相控系统；过零同步投切引言目前变电站电压无功综合自动补偿成套装置，电容器组作为重要的无功功率设备，电容器组的投切常常以三相断路器或者三相真空接触器作为操作开关，采用这种电容器组投切方式不可避免在电容器合闸时会产生较大涌流，实际测量数据表明：电容的合闸涌流为电容额定电流的4 15倍，其振荡频率为250 400Hz，电容合闸产生过电压约为相电压的2 3倍。
涌流容易对电容器、开关设备等造成损害，严重时可能威胁电力设备安全运行。
为了满足电网发展和电力用户对高质量、高可靠供电的需求，目前所采用的传统措施不能从根本上解决问题，于是人们提出了同步（选相控制）投切技术[1-5]，根据不同负载（如并联电容器组等）的特性，控制开关在电压或电流的最佳相位完成合闸或分闸，实现无冲击的平滑过渡，能有效地削弱开关瞬态电磁效应。
本文介绍的智能相控系统也是基于电容器组过零同步投切技术，采用可分相操作的永磁真空断路器及自适应控制技术，在断口电压过零时刻投入电容器，在电流过零时刻切除电容器功能，从而实现电容器组在较小涌流和较低过电压下进行投切。
1 永磁断路器智能相控系统1.1 永磁断路器智能相控系统的组成及特点智能相控系统由单稳态真空永磁断路器和分相同步投切控制器两部分组成。
单稳态真空永磁断路器通过电磁合闸、永磁保持及弹簧分闸，克服了弹簧操动机构和双稳态永磁操动机构断路器各自的不足之处，综合体现了弹簧操动机构和磁力操动机构与真空灭弧室出力特性的良好配合，具有优异的机械特性及电气特性。
真空开关开断电容器组重燃原因的分析情况
真空开关开断电容器组重燃原因的分析情况摘要为揭示真空开关开断容性负载时出现重燃的原因,分析了从触头开断电容器组时触头表面的变化情况,到真空开关开断容性电流后的特殊性,其目的在于为解决真空开关容性开断重燃的问题提供依据。
关键词真空开关电容器组重燃1前言早期使用的真空断路器由于性能不完善,在投切电容器组过程中,由于涌流和多次重燃的出现,产生了高的过电压,给电力设备带来严重的危害。
有些真空断路器在投切电容器组时,重燃率竟高达11%,限制了真空断路器在这方面的应用。
要对真空断路器全面考核就需大量的试验研究,而在电容器组上进行直接试验或对两台电容器组进行背对背电容器组切合试验所需费用较高。
鉴于此,容性开断很久以来就是一大难题,如何提高真空断路器投切电容器的能力已是真空开关设备研制的重要课题。
本文通过对不同时间重燃现象产生原因的分析,为解决或减小重燃发生提供依据。
2开断后几毫秒内重燃原因分析一般而言,开断后5ms内击穿为复燃;5～10ms内击穿称为重击穿,在10ms 以上有的称之为非自持性放电。
在此统称为重燃。
在5ms内重燃主要是真空电弧开断后的介质恢复强度与恢复电压对比,介质恢复强度一个是恢复时间,另外是响应的上升幅值。
在燃弧过程中电弧加热触头,使其向真空间隙蒸发,这些金属蒸气不断向间隙外扩散,并在触头表面不是很热的情况下有一部分重新凝结在触头表面上。
同时在恢复电压作用下电极会有一定量电子的发射,但这种发射不一定能导致间隙击穿。
使间隙击穿的条件是发射电流达到一定值或间隙中有能使电子增生的物质存在。
真空电弧熄灭后间隙有金属蒸气存在,由于金属蒸气电离电位低,故很易被电离。
介质强度的恢复过程是非常复杂的过程,要精确分析介质恢复过程应从如下方面综合分析:(1)电弧对电极的非均匀加热。
(2)准确的电极加热和散热过程。
( 3)电极表面的热状态和电子发射。
(4)金属蒸气扩散的非自由和非平衡。
(5)电子使金属蒸气原子电离的实际过程,相对接近实际的方法为试验法。
电容器组真空断路器电弧重燃过电压分析与检测
电容器组真空断路器电弧重燃过电压分析与检测作者：李家兵皮志勇罗军瞿辉来源：《中国科技纵横》2013年第01期【摘要】根据真空断路器投切电容器组产生涌流和多次重燃的现象，分析了电弧重燃的因素、降低重燃率的方法和对策，并提出了一种离线检测电容器组投切试验的系统。
【关键词】电容器组投切电弧重燃分析与检测真空断路器具有体积小、灭弧性能好、寿命长、维护量小、使用安全等优点，在中压系统及配电电网中应用日益广泛。
特别是由于其适合频繁操作的特点，在并联电容器补偿装置中基本采用真空断路器来投切电容器组。
开断电容器组等容性负载时，由于电容器存在残余充电电荷，在断路器断口会出现含直流分量的较高恢复过电压。
真空断路器投切电容器组的大量试验研究表明，真空断路器存在弧后延时重击穿并能高频熄弧的特殊现象，即重燃现象。
一旦发生重燃，会产生高幅值的重燃过电压，特别是多次重燃或多相重燃，其过电压严重威胁并补装置和系统安全。
因此对于投切电容器组的真空断路器要求无重燃或低重燃率，国家相应制定有GB7675-87《交流高压断路器的开合电容器组试验》标准，专门用于考核投切电容器组的断路器性能（必须不发生重燃）。
早期使用的真空断路器由于性能不完善，在投切电容器组过程中，由于涌流和多次重燃的出现，产生了高的过电压，给电力设备带来严重的危害。
1电弧重燃原因分析1.1开断后几毫秒内重燃原因分析一般而言，开断后5ms内击穿为复燃；5～10ms内击穿称为重击穿，在10ms以上有的称之为非自持性放电，在此统称为重燃。
在5ms内重燃主要是真空电弧开断后的介质恢复强度与恢复电压对比，介质恢复强度一个是恢复时间，另外是响应的上升幅值。
在燃弧过程中电弧加热触头，使其向真空间隙蒸发，这些金属蒸气不断向间隙外扩散，并在触头表面不是很热的情况下有一部分重新凝结在触头表面上。
同时在恢复电压作用下电极会有一定量电子的发射，但这种发射不一定能导致间隙击穿。
使间隙击穿的条件是发射电流达到一定值或间隙中有能使电子增生的物质存在。
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3-3) 有时候虽然断路器已经定型，操动机构的输出功率也一定，其它 装配状态良好，因此对断路器的零件或配件的质量控制就显得非常重要， 必须将断路器各项参数都调整到理想状态才可以投入使用或进行试验。
3-4) 真空开关在装配完成后进行一定次数的空载操作，可以稳定开 关的机械参数;并对开关整体进行适当的电压和电流老练，可以减少 灭弧室内新产生的毛刺，降低真空断路器投切电容器组的重燃率。 3-5)真空开关在装配完成后进行一定次数的空载操作，可以稳定开 关的机械参数;并对开关整体进行适当的电压和电流老练，可以减少 弧室内新产生的毛刺，降低真空断路器投切电容器组的重燃率。 进行并联电容老炼，可以迅速明显提高产品的耐压能力。 4 双动式真空断路器 真空断路器切电容时的真空断口的电压 真空断路器开断后到断口承受2Um电压的时间为13ms，断口必须在 此之前能达到安全的开距。 因此，对真空断路器的分 闸速度有一个要求。 12kv 1.0×13=13＞10 24kv 1.1×13=14.3 ＞ 12 40.5kv 1.4×13=18.2＜ 20
3-2-2微粒击穿
由于制造的原因，在真空灭弧室内有各种微粒 ，如果电场足够强， 微粒的直径和质量又合适，在穿过间隙到达另一电极时已经具有很大 的动能，在与另一电极碰撞时，动能转变为热能，使微粒本身蒸发变 成蒸汽扩散，使局部的粒子密度迅速变大，这些粒子又与场致发射的 电子产生碰撞游离，最终导致间隙的放电击穿。
C相：恢复电压最大值 UtrmC=-1.87Um
3 真空开关投切电容器组时发生重燃现象的特点及原因分析
3-1 特点 1）重燃现象的出现有很大的偶然性和随机性; 2）重燃现象往往出现在电流开断后40~100多ms之间 3-2重燃原因分析 3-2-1真空开关灭弧后的电压耐受能力 12KV --24.3KV(19.5) 24KV --48.6KV(39) 40.5KV --82.5KV(66) 1）真空灭弧室的电压耐受能力 2）真空开关分闸运动的适时性
2-3)在生产过程中，保持良好的真空卫生和工作习惯，有效控制操作 间内的空气湿度和空气中悬浮微粒的数量。 2-4)科学组织生产，使灭弧室的部件或触头加工出来后尽量减少存放 时间，及时装配进炉，减少零部件氧化、污染的几率。 3 提高断路器的设计质量和装配质量，控制其机械运动特性参数在合理 的范围内。 3-1) 断路器的设计应该合理，能够保证灭弧室动导电杆安装对正垂直， 并易于对其进行调整。 3-2) 断路器的装配质量应该得到可靠的测量和良好的控制，操动机构 的合闸输出功与分闸输出功比较合适，其分、合闸速度应该调整在合理 的范围内，使分闸弹振和合闸弹跳尽可能小。
100（背）
12 400（背） 630(单) 160(单) 24 400(单) 160(单)
6.1
12.2 5.1 2.6 3.3 3.7 4.3
4.1
2 0.3 1.7 0.75 1.6 3
40.5
630(单)
2 开断三相电容器组的恢复电压
2-1三相电容器组(中性点接地)开断时恢复电压
A CB a C O CB B CB b C O’ C
3 NSDD非自持破坏性放电 真空断路器开断电容器组后，触头两端会承受一个恢复 电压的作用。在开断电流过零后的几十毫秒甚至于到数 秒以后，触头间隙仍可能发生重击穿以致电力线路产生 过电压，这种延时重击穿就称为非自持破坏性放电现象， 简称NSDD。
导致触头间隙发生延时重击穿的主要原因可能是微放电 或者微粒的作用。在Juhsasz等人在开断电容器组实验中 观察到真空断路器触头间隙存在0.1~8mA 的发射电流。 而且他们得出重击穿发生的概率与关合电容器组产生的 预击穿电弧能量有很密切的关系。
1)从大量的试验统计资料来看，不同生产厂家生产的真空灭弧室发生 重燃的概率不同，有时甚至有较大的差距，这是由于真空开关的重燃 率与真空灭弧室的生产厂家或工艺有一定的关系，不同的生产厂家其 生产工艺过程存在一定的差异，在生产过程中的工艺控制也有所不同， 因此也造成带进灭弧室内的微粒数量有较大的差异，这必然对试验的 统计结果产生明显的影响。
4-2-3合闸涌流 关合涌流所产生的预击穿电弧能量的大小直接影响着NSDD的现象。 其原因是在关合电容器组尤其是背靠背电容器组时会产生高频率， 高幅值的涌流，触头间的预击穿电弧能量十分高，足以熔化触头表 面的部分材料。触头在闭合时就会发生熔焊，等到涌流过后熔焊区 就会冷却，当开断电容器组，触头熔焊区就会破裂，从而高的区域 就会形成，这些区域就成了强电子发射点。由上述分析可得开断电 容器后，出现的NSDD现象主要由的主要原因可能是微放电或者微粒 的作用。电子发射造成的。
二 真空断路器投切电容器组的问题
投切电容器常见的3个问题 1 合闸涌流 2 重燃 3 非自持破坏性放电 (NSDD)
1 合闸涌流
电容器组投入时的主要问题是涌流。涌流的频率较 高，可达几百到几千赫兹，幅值比电容器正常工作 电流大几倍至几十倍，衰减很快且持续时间很短， 小于20ms。涌流过大可能造成断路器触头融焊、 烧损，涌流产生的电动力可能会使零件损坏。合闸 涌流对NSDD有一定的影响。
真空断路器投切电容器 组的探讨
一 电力系统的无功补偿
●电力系统的无功功率补偿对于提高电网 功率因数，降低供、配电的线路损耗，具 有不可缺少的重要意义 ●改善功率因素的几种方法： ●发电机发无功 ●安装同步补偿机 ●安装电容器组
真空断路器用于投切电容器组的优势 ●真空断路器具有上万次的机械动作寿命； ●真空断路器运行过程中真空灭弧室触头无 需维护； ●受环境影响小且对环境无任何污染； ●真Байду номын сангаас灭弧室内部小开距能耐受高电压。
Ps Xc Im Pc Xs
XS为电源每相的短路感抗。
XC为电容器组每相的容抗
1-2）背靠背电容器组投入时的涌流
下左图是n组电容器的接线图，G为电源，T为变压器，电容器组C经过断 路器CB接在母线上。右图是等效图，LS电源电感，L电容组安装电感。
CB1 CB2 G T CB3
. . . .
C C C
C
(a)三相电容器组中性点接地接线 (b)开断单相电容器组电路 开断三相电容器组（中性点接地） 图中电源按正弦变化，C为电容器，L为断路器CB负载电感(连线电感 或串联电感)。
下图是开断单相电容性电路时的典型波形图。
(a)开断过程中电流、电压的波形
(b)断路器恢复电压波形
弧隙击穿时刻电容器电 流、电压波形
我公司在40.5kv合12kv两个等 级分别做了选相式投切电容器 组的试验，有很好的效果。 右图是61095真空灭弧室在投 切电容器组后的解剖照片。 选相式真空断路器投切电容中 合闸涌流不附合目前标准。
6 双断口真空断路器 真空断口可以多断口串联使用，有研究提出了多断口真空开关击穿 电压增益的概念，理论推导得到了多断口真空开关相对于单断口真 空开关的击穿电压增益倍数：
1-1）单组电容器投入时的涌流
下左图是单组电容器的接线图，G为电源，T为变压器，电容器组 C经过断路器CB3接在母线上。右图是计算涌流的等值电路图， LS为电源电感。
CB1 T
G
CB2
CB3
C
(a)接线图
(b)等值电路图 单组电容器接线图
fo f Ps Xc f Pc Xs
Icm I m
CBn
C
Um n 1 涌流的峰值： Icm L C n
(a)接线图 (b)等值电路图 背靠背电容器组接线图
o 1 涌流的频率： fo 2 2 LC
由于L远比单组电容器投入时的小，因此背靠背电容器组投入时的涌流比单 组时大了很多，涌流的频率也很高。
合闸涌流表
涌流 试验电压KV 电容电流A 最大涌流值KA 涌流频率KH
Kn
Un n(1 ) U sin gle
如 =0.5，对于40.5kV电压等级的真空开关，用二个断口进行串联， 则有
Kn=21/2
Kn=1.4
下图是真空双断口的静态击穿统计分布曲线
1
0.8
单断口 双断口
F
0.6
0.4
0.2
0 1 2 3 4 5
重击穿概率的时间特性
采用双（多）断口技术有以下优点 1）静态耐压提高： 2）重击穿概率得到很大改善； 3）开关操动机构的操作功不增加； 4）有利于真空灭弧室的小型化 双（多）断口技术要求断口的机械特性一致性较高。 双（多）断口技术对真空断路器应用于高压领域有较好的前景。
三 提高真空断路器投切电容器组的成功率
1 提高真空灭弧室的耐压能力 真空灭弧室作为真空断路器的“心脏”，对于能否成功投切电容 器组也起着重要的作用。那么如何提高真空开关投切电容器组的 能力，是我们灭弧室生产厂家需要认真研究的问题。 R触头（平面、凹凸、球面及球形）与其它触头比具有灭弧室动、 静电极间电场分布均匀，耐电压能力强的优点。 2 控制灭弧室生产过程 2-1)在金属零件的加工过程中，尽量避免和祛除干净零件的毛刺; 高零件表面质量，保证零件的表面光洁度。 2-2)在整管装配前坚持对部件进行有效的超声波清洗，可以取得明 显的效果;不断改进清洗工艺，使灭弧室内的微粒通过清洗尽量祛 除干净。
5 选相式真空断路器 在前面分析投切电容器组最大的问题是合闸涌流合分闸重燃。这两个 问题可分别通过真空断路器选相投入和分闸切断来解决。 开关的合闸时间选在电压过零点，此时可使合闸涌流不超过额定电流 的1.5倍。开关的合闸时间选在电流过零前大于5ms的地方。确保开关 在断口电压到达最大值时，灭弧室的开距有足够的具离。
双动式真空断路器的原理如右图示。 常规的真空断路器的分闸曲线如右下 图所示。由于动触头在分闸的起始时 在静止状态，在曲线的刚分阶段1-3ms 触头才运动了0.5mm，影响速度。 双动式真空断路器在动、静触头分离 前，在释放触头压簧的作用下动触头 已获得速度。因此分闸曲线的起始比 较陡。 双动式真空断路器有以下优点： 4-1 提高了初分速度，容易保证在分闸后 13ms内断口间的耐压达到要求。试验证 明没有10ms内的重燃。 4-2 合闸弹跳小，40.5kV真空断路器的弹 跳很容易满足2ms的要求。