高壓真空斷路器操作過電壓產生原因及相應保護

高壓真空斷路器因其結構簡單、可靠性高、免維護、使用壽命長、適合頻繁操作而被廣泛應用于電力系統。然而，與此同時，真空斷路器也有一些缺點，如切斷，反彈，重新點火，重新點火和由此產生的過電壓。打開和關閉并聯反應堆組時，過壓問題尤為突出。

通過對真空斷路器合閘并聯電抗器運行的相關試驗研究，過電壓產生的原因及相應的保護措施如下：

試驗結果分析：高壓真空斷路器的過電壓現象大致可分為合閘過電壓和分閘過電壓兩類。其中，開啟過電壓分為兩種類型：

第一種是類似于感容元件自由振蕩的截止過電壓，

第二種是再點火過電壓，存在再點火時真空斷路器電抗器的開斷過電壓會達到很高的水平。相關數據表面上，相對過電壓最大值為5.83倍，不存在再點火時僅為1.57倍。由此可見，再點火是開斷過電壓高的主要原因。

具體過壓類型和原因如下：

1.截止過壓：

并聯電抗器的等效電路主要由電容和電感組成，該電路的電壓和電流不能突變，切斷必然會引起劇烈的電磁振蕩。忽略阻尼效應，可根據能量守恒定律推導出單相電抗器截止過電壓的估計值。

從(1)可以看出，截止值越高，真空斷路器的雜散電容越小，截止過電壓越高。三相系統的截止過電壓比較復雜，但原理基本相同。

2.再點火過電壓：

斷路器開斷時，如果斷開的負荷側暫態恢復電壓及其上升速率高于斷口絕緣強度的恢復能力和速度，電弧會瞬間擊穿斷口，造成重燃，重燃階段產生重燃過電壓，其他階段產生感應過電壓。然后高頻暫態電流過零，斷口再次電弧熄滅并關斷。如果斷負荷側暫態恢復電壓及其上升速率仍高于斷口絕緣強度的恢復能力和速度，則再次重復。

當真空斷路器斷開并聯電抗器時，其暫態恢復電壓主要由切斷引起，因此切斷過電壓的頻率直接反映了暫態恢復電壓的上升率；高頻導致瞬態恢復電壓上升率高，瞬態恢復電壓和瞬態恢復電壓上升率高導致重燃概率高。

3.再點火過電壓：

在實施例1和實施例2的測試中沒有發現重燃現象，但是重燃期間的過電壓仍然需要考慮。

一般來說，真空斷路器的重燃是由滅弧室制造中的老化失效引起的。真空滅弧室采取老化措施后，真空斷路器的重燃概率很低。再燃和多次再燃的過電壓產生過程與再燃相似，多次再燃的過電壓水平也很高。

4.合閘過電壓：

舉個例子，一中的合閘過電壓主要是由于于合閘彈跳的存在，導致斷路器有類似的“擊穿-蝗蟲消除過程”，提高了合閘過電壓水平。雖然在二中，可以看到彈跳現象，但沒有類似于再點火的“擊穿蝗蟲殺滅過程”，過電壓水平較低。

高壓真空斷路器及所用相關設備過電壓現象的相應保護措施；

1.過壓保護措施：

根據實施例1和實施例2的比較以及切斷、再點火等過電壓的機理，建議在電抗器側和母線側安裝阻容吸收裝置，增加母線側和電抗器側的接地電容，不僅可以降低切斷過電壓的幅值和頻率，還可以改善斷路器的滅弧條件，降低再點火概率，從而降低操作過電壓

但是，高壓真空斷路器即使安裝了阻容吸收裝置，也不能保證斷路器不重新點火，不重新點火。同時，可能會出現意想不到的共振。出于安全原因，氧化鋅避雷器應同時安裝在電抗器側和母線側，以可靠地確保設備絕緣不會因過電壓而損壞。

2.阻容吸收裝置參數：

選擇過電壓保護設備的主要參數時，應考慮以下主要問題：

(1)限制截止過電壓頻率，建議限制在1000Hz以下；

(2)阻容吸收裝置的諧振頻率避免了系統中常見的諧波頻率；

(3)對運行中的阻容吸收裝置的諧振頻率增加必要的阻尼，防止擾動激發阻容吸收裝置與電抗器電感之間的諧振，導致過電壓過大；

(4)阻容吸收裝置應能保證長期運行；

(5)阻容吸收裝置的絕緣水平應與系統的絕緣水平一致；

(6)避雷器的參數應能保護設備的絕緣。

對于高壓真空斷路器在使用中，避免過電壓現象的相關注意事項：

(1)真空斷路器操作的并聯電抗器的操作過電壓主要是由真空開關的切斷引起的；

(2)當真空斷路器切斷并聯電抗器時，再點火過電壓水平有時高于切斷過電壓水平。

(3)阻容吸收裝置對真空斷路器合閘并聯電抗器的操作過電壓有很好的抑制作用。

(4)建議在使用真空斷路器切換并聯電抗器時，選擇不易重燃且分斷值小的斷路器；

(5)在現有過電壓保護措施的基礎上，真空斷路器切換10 kV和6000 Kvar 并聯電抗器時，應在電抗器側和母線側安裝阻容吸收裝置。推薦值為R=40，C=0.5F；

(6)建議進行現場切換試驗，檢查真空斷路器切換并聯電抗器時的重燃概率和過電壓水平。