10kV并联电抗器合闸过电压的计算与分析

10kV并联电抗器合闸过电压的计算与分析

摘要：针对某些变电站出现的对10kV并联电抗器进行合闸操作时开关柜发生爆炸的事故，本文分析了并联电抗器合闸过电压产生的原因，并用EMTP对合闸过电压进行了理论计算。计算结果表明，真空开关合闸时发生弹跳是合闸过电压产生的主要原因，阻容吸收装置对该类过电压有较好的抑制作用。

关键词：并联电抗器；真空开关；触头弹跳

1前言

并联电抗器作为电网的无功补偿设备，对于稳定电压、提高供电质量有着重要的意义。并联电抗器的投切也是电网中较为频繁的操作。在投切电抗器的时候通常研究的是分闸时真空开关发生截流、重燃产生的过电压，而对合闸时产生的过电压研究较少[1-5]。但是在某些变电站，对并联电抗器进行合闸操作时，发生了开关柜爆炸的事故。为此，笔者专门针对并联电抗器合闸时产生的过电压进行了计算分析。

2并联电抗器合闸过电压产生原因分析

在对电抗器进行合闸操作时，如果断路器触头同期性差，非全相合闸会产生一个电磁振荡过程，在一定的参数情况下还会产生谐振过电压。如图1所示，A、B、C三相合闸时，如果合闸时间不一致，回路中就会存在电磁振荡的过程，如果电容和电感的匹配，还会产生谐振过电压。

图1电抗器回路示意图

对于某些质量不好的真空开关，在合闸的过程中，开关触头发生弹跳（震动），也会产生过电压。开关触头的弹跳是指开关的触头发生了一个合上以后又分开，然后又合上的过程，或者持续合上又分开直至完全合上不再分开的过程。在这个过程中触头分开的距离不大，断口的电弧会发生重燃，截留现象，回路中会产生高频的电磁振荡，产生过电压。

3计算结果及分析

利用电磁暂态仿真程序（EMTP），进行了10kV真空开关对并联电抗器进行合闸操作产生过电压的理论计算。计算原理如下图所示。

图2计算模型

计算中的主要参数如下：断路器的截断电流为3A；电抗器电感为42.5L，杂散电容取10PF，配变的入口电容100pF，配变的电感取10L。

计算结果如下所列。

图3开关同期合闸不发生弹跳的电压波形

图4开关不同期合闸（三相触头相差1ms）不发生弹跳的电压波形

（a）母线侧A相峰值大约为：16kV （b）电抗器侧A相峰值大约为：29kV

图5开关A相触头发生弹跳的过电压波形

从上面的计算结果可以看出，开关发生弹跳是导致合闸过电压产生的主要原因。本次的计算模型中，A相触头发生弹跳，导致A相开关的母线侧过电压约为16kV，电抗器侧约为29kV。

采用RC 阻容吸收装置和MOA 均能抑制截流过电压、多次复燃（重燃）过电压。但由于MOA 不能抑制开关开断后断口间暂态恢复电压的上升速度，因而抑制高频过电压的效果远不如RC 阻容吸收装置好。并联RC 阻容吸收装置可限制电弧熄灭后加在开关触头上的暂态恢复电压，从而可限制开关复燃（重燃）的发生。一旦复燃（重燃）发生，电阻可起到衰减高频暂态过程的作用，电容可降低高频过程的频率，两者的联合作用可起到良好的限制复燃（重燃）高频过电压的作用。

本次计算，采用的阻容吸收装置中，电容0.4μF，电阻40Ω。计算原理和结果见图6和图7所示。

图6加入阻容吸收装置后的计算模型

（a）母线侧（b）电抗器侧

图7加入阻容装置后开关A相触头发生弹跳的电压波形

根据上面的计算结果来看，阻容能够很好的抑制此类过电压。母线侧和电抗器侧均无过电压出现。

4结论

真空开关发生弹跳是并联电抗器合闸过程中过电压产生的主要原因。根据本次计算采用的参数，真空开关发生弹跳时，母线侧过电压约16kV（相对地），电抗器侧过电压约39kV（相对地）。

阻容吸收装置能够很好的抑制该类过电压。本次模拟计算，采用电容0.4μF，电阻40Ω的阻容吸收装置，真空开关发生弹跳时，母线侧和电抗器侧均无过电压产生。