真空断路器以其结构简单、灭弧能力强、可靠性高、免维护、寿命长、适合频繁操作等优点，在电力系统中得到了应用广泛。但真空断路器切除35kV并联电抗器，特别是空母线时，容易出现截流、复燃和等效截流等现象，产生的操作过电压会引起电抗器相间短路、电抗器匝间绝缘损毁、母线相间短路甚至主变低压侧闪络等故障，严重威胁系统安全运行。

 

　　近年来已发生多起变电站35kV并联电抗器切除时操作过电压导致开关柜、站用变、接地变甚至主变等设备损毁。针对35kV空母线并联电抗器的相关改造和治理亟需全面开展。

　　抑制真空断路器在投切电抗器过程中产生的过电压，一般从改进断路器本身结构和加装外部限压装置两个方面入手。经过国内外专家多年的努力，以上述两种手段为基础所研究的限制该过电压的方法很多。

　　现有针对投切35kV并联电抗器过电压的外部限压装置主要是在开关柜内增设阻容吸收器、过电压保护器等，但在开关柜小型化设计的趋势下，在开关柜内增加设备很容易造成绝缘距离不足，最终导致闪络。针对真空断路器，改进断路器触头结构、真空灭弧室、材料以及断路器分合速度也可以限制过电压。

　　本文基于前人的研究基础，从切除并联电抗器操作过电压产生的机理、危害和抑制思路等方面开展深入系统的分析，并进行220kV变电站投切35kV并联电抗器的现场过电压实测和相关的PSCAD暂态仿真分析，对比了断路器性能和投切位置对过电压抑制效果的影响，为抑制空母线并联电抗器操作过电压的工程改造和运行维护提供了思路与经验。

　　在并联电抗器切除过程中会出现两种性质的过电压：截流过电压和复燃过电压。在多数情况下，截流过电压相对较低且上限明确，因而是可接受的。造成并联电抗器切除过电压的主要是复燃及由复燃引发的非首开相等效截流。复燃主要取决于断口瞬态恢复电压与断口介质绝缘恢复特性。复燃一旦持续发生，过电压就会出现升级，可能会给系统中的其他设备带来危害。

　　复燃的出现是由于断口介质绝缘恢复曲线与断口瞬态恢复电压存在交点。切除并联电抗器电抗器复燃现象抑制思路如图1所示，抑制复燃和过电压主要有两种思路，增大介质绝缘恢复强度和速度及降低瞬态恢复电压均能减少复燃，抑制过电压。两种思路如下。

 

图1  切除并联电抗器电抗器复燃现象抑制思路

 

（1）提高断口介质绝缘恢复强度，使用高性能断路器。可以选用介质绝缘恢复速度较快的断路器，以尽可能避开瞬态恢复电压，或者减少介质绝缘恢复强度曲线与瞬态恢复电压相交的次数。理论上，这种思路一方面可以减少复燃发生概率，另一方面可以减少复燃持续时间，使得复燃大概率能够转续流开断，不会形成非首开相等效截流，降低过电压风险。

 

（2）降低断口瞬态恢复电压，即改变断路器两端系统参数。断口的瞬态恢复电压一方面受断路器自身性能影响，另一方面取决于断口两端的系统参数。可以通过改变断口两端的系统参数降低断口瞬态恢复电压，尽量避免瞬态恢复电压曲线与介质恢复特性曲线相交。

 

图2  35kV母线运行方式和电气监测量

 

　　结论

　　1）原位置真空断路器切除并联电抗器试验中记录到1次等效截流现象。母线侧最大过电压倍数为4.56，电抗器侧最大过电压倍数为5.81，过电压情况非常严重。仿真中原位置真空断路器复燃率高达99%，且复燃大概率会引发较大过电压。

　　2）原位置SF6断路器开断并联电抗器仍有较大概率出现复燃，试验中复燃电流均直接开断或转续流开断，对空母线情况下过电压有较好抑制作用，避雷器均未动作。仿真中，原位置SF6断路器开断同样仍有较大概率会出现复燃（87%），但复燃持续时间短，复燃100%均转续流开断或直接开断，未出现等效截流情况。SF6断路器在开断并联电抗器时产生足以造成绝缘损坏操作过电压的概率要远小于真空断路器。

　　3）实测和仿真均表明，前置断路器（SF6）开断并联电抗器对空母线情况下过电压抑制效果明显，亦无明显截流和复燃现象。针对4套管引出的35kV油浸式并联电抗器（即不具备中性点引出条件），该配置方式具有借鉴意义。

　　4）实测和仿真均表明，中性点断路器投切（SF6）开断并联电抗器对母线侧和电抗器侧的过电压抑制效果均非常明显。试验中未出现复燃和过电压，避雷器也均未动作。开断过程会导致电抗器中性点振荡过电压。过电压数值为原位置断路器开断时电抗器侧过电压的许多倍，振荡频率也更高，对电抗器中性点处的匝间绝缘存在较大危害，必须加装一组避雷器，断路器类型建议选用SF6断路器。