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。发生一相多次重燃或二相多次重燃的亦较多，这时的重燃过电压倍数达3.5倍以上，导致电容器大量损坏。

用zn-10型真空断路器开断电容器组时，产生的过电压主要由重燃引起。例如某电网对34台zn-10型真空断路器进行现场试验，其中11台断路器无重燃，23台电路器发生重燃，大部分重燃过电压倍数在3以下，超过3倍的约占16%，最大压数达5，导致电容器故障。

经分析国产真空断路器投入电容器组时，产生的最大过电压主要由断路器触头发生弹跳引起。突围高燃弧性能的要求，使真空断路器的触失结构未用对接式触头，故合闸时一般在不同程度的弹跳现象。使合闸过电压倍数一般不超过2，超过32倍的几率约为

2%-3%，最大达3，故不威胁电容器的安全运行。

在不同工况下接切电容器组的过电压：

1）合闸过电压

用国产真空电压路器头投入电容器组时，电容器上的电压要过

渡到电网上，这个过渡过程是个振荡过程，因而产生过电压。该电容器上的残压u。通过放电线圈很快衰减至零，则在电容器上的最大电压为：

ucm=2ucmsinφ

式中ucm-合闸瞬间电源电压最大值（伏）；

φ-合闸瞬间电源电压相位角。

当φ =90度（sinφ =1）即合闸瞬间电源电压为um时，电容器上最大电压ucm=2um即过电压倍数k=ucm／um=2um／um=2.所以正常情况下合闸过电压不超过2倍。如果合闸时，断路器触头发生弹跳，则过电压倍数会超过2，最大达3，故合闸过电压不会导致电容器故障。

2）分闸过电压用国产真空断路器开断电容器组时，如果断口发生重燃，则会产生重燃过电压。

电容器单相等值电路及重燃波形如下图。当t=to时，电流i过零电弧燃熄灭后。若在5毫秒内发生击穿，则

a）电容器单相等值电路；b)重燃波形图

b） e-电源电势；u-电源电压（伏）；k-开关；c-电容（微法）；

uc-电容器端电压（伏）

图电容器单相等值电路和重燃波形图

不会产生过电压。若大于5毫秒，小于15毫秒之内发生击穿，则会产生重燃过电压。当t=t2,时，断口恢复电压达最大值，若断口介质强度不够而被击穿，则产生重燃过电压ucm=3um，即过电压

倍数k=3.电弧的熄灭和重燃不断地重复，会引起更高的过电压。如当t=t3时再次击穿，则产生重燃过电压ucm=5um，即过电压倍数

k=5(如图b所示)。如此高的重燃过电压，会导致电容器爆炸或损坏。

限制措施及效果

为了限制接切电容器组时产生的过电压幅值，应争取以下措施1）筛选国产真空电压电路器：在断路器投运前敬告试验筛选，把重燃率高，存在一相多次重燃或二相多次重燃的真空断路器淘汰，在选用重燃率低的真空断路器。用经过筛选后的真空断路接切电容器电组，没有因过电压而造成电容器的故障。

2）选用不重燃断路器：电容器组选用不重燃断路器，如选用从美国进口的真空高压电路器，从日本和瑞士等进口的sf0断路器，经过现场分合闸试验和实际接切电容器组，说明开断性能良好，都不重燃，没有因过电压而造成电容器事故。

3）装设氧化锌（zn0）避雷器限制操作过电压在真空断路器与电容器组之间装设氧化锌避雷器，可有效地释放过电压的的能量，削减过电压的陡度，能将操作过电压的倍数限制在2.5-3.0以内。

（作者单位：青岛胶南市工人文化宫）