10 kV真空开关柜操作过电压问题及对策探讨

王永春

摘 要：在对10 kV真空开关柜操作过电压产生的原因进行简单阐述后，从开断配电网负载的操作过电压、开断感性负载的操作过电压、开断容性负载的操作过电压等方面，对10 kV真空开关操作过电压的抑制方法对策进行了探讨。

关键词：10 kV开关柜 真空开关 过电压 抑制

中图分类号：TM561.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0098-01

随着现代电力工业的进一步发展和用户供电服务要求的进一步提高，对10 kV配电开关设备运行的安全性、可靠性、智能自动化等技术水平也提出了更高的要求。在10 kV配电系统中，配电设备的过电压故障较为常见，主要表现为大气过电压（雷电）和操作过电压两方面，会造成配电设备发生烧损、冲击破坏等，直接影响到配电设备供电的安全可靠性。

1 10 kV真空开关柜操作过电压产生的原因

由于真空开关柜具有占地面积小、操作简单、安全可靠性较高等优点，在10 kV配电网系统规划设计中得到优选使用。真空开关柜既可以安装在变配电中心用作出线控制开关使用，同时也可以安装在用户端用作终端控制开关。因此，10 kV配电系统中真空开关需经常开断各种配电网、电容器、电机等阻性、容性或感性负载。10 kV真空开关设备由于其自身具有较强的灭孤能力，因此在开断感性负载过程中，势必会产生截流过电压、多次复燃（重燃）过电压和三相不同步开断引起的过电压，也就是说10 kV真空开关在操作过程中可能产生的高幅值、高频率的操作过电压，这些操作过电压强大的冲击和破坏作用，对10 kV配电系统及电器设备均是有害的，尤其是复燃（重燃）和重击穿条件下产生的高率操作过电压对10 kV开关柜中的线圈类电器设备，如电抗器、互感器等产生的危害非常大，会引起设备产生损坏等问题，严重威胁到整个10 kV配电系统运行的安全可靠性，因此在系统规划设计、选型使用等过程中，必须采取合理的技术措施予以限制，确保系统安全可靠、节能经济的稳定运营发展。

2 10 kV开关柜过电压预防措施

2.1 开断配电网负载的操作过电压

（1）截流过电压的抑制。

用真空开关开断配电网负载过程中，截流过电压的大小除了与开关设备自身的截流水平有关外，还同配电网负载的性质、连接电缆长度等特征参变量有关。通常只需要电缆等效对地电容达到0.3μF以上时，则开关设备操作产生的截流过电压基本不会危险配电网及电气设备的安全。但若供电电缆较短，而负载运行工况又较负载，需要开关设备经常开断的配电网负载，则应采取必要的防护措施限制操作过程中可能产生的高截流过电压。笔者认为，在配电网负载（大功率、操作频率较高）侧，应加装并联电容器和并联带间隙的金属氧化物避雷器（MOA）来限制开关设备操作过程中可能产生的截流过电压。对于供电电缆较短、负载操作频率较高的分支回路，相对地加装并联电容器，则可以增大负载侧电容的作用，进而达到降低开关设备操作截流过电压的作用，从实测数据表明并联电容值越大，则降低操作过电压的效果就会更明显。另外，通过加装MOA氧化锌避雷器，可以有效限制真空开关截流过电压的幅值，将开关设备操作过电压幅值限制在10 kV配电系统、开关设备及负载允许的范围内，确保系统和设备的运行安全。

（2）复燃（重燃）过电压的抑制。

开关设备在操作过程中，在配电网负载侧和电源侧发生呈现高频振荡的复燃（重燃）问题，其高频过电压的频率主要取决于连接电缆自身的电气特征参数和长度，一些研究表明当电缆长度在100～200 m时，其操作高频过电压频率可以达到100～200 kHz，这种高频过电压即便是其过电压幅值不太大，但其反复冲击对变压器、开关设备等也是有害的。虽然，MOA氧化锌避雷器可以很好的限制过电压的幅值，但是其起达不到限制复燃（重燃）过电压频率的效果。因此，对于服役时间较长的变压器、干式绝缘变压器等，笔者建议并联电容器来抑制复燃（重燃）过电压的发生频率，确保设备安全运行。

2.2 开断感性负载的操作过电压的抑制

10 kV真空开关在切除配电网系统中的并联电抗器、高压电动机等感性负载过程中，因电抗器和高压机动机是典型的纯感性负载，且感量通常较大，在操作过程中会产生幅值较高的截流过电压。比作建议在采用真空开关进行感性负载的频繁操作控制时，应在开关两侧均加装RC阻容吸收装置。从实测数据表明：采用RC阻容吸收装置和MOA氧化锌避雷器均能有效抑制开关操作过程中产生的截流过电压和多次复燃（重燃）过电压。但由于MOA氧化锌避雷器只能抑制过电压幅值，不能抑制复燃（重燃）频率及断口间暂态恢复电压的上升速度，因此在抑制开关操作产生的复燃（重燃）高频过电压方面的效果不是非常理想。通过并联RC阻容吸收装置，不仅可以限制电弧熄灭后加在开关触头上的暂态恢复电压，同时还可以限制开关复燃（重燃）发生频率。

2.3 开断容性负载的操作过电压的抑制

10 kV配电网运行工况的实时变化，并联无功补偿电容器设备也会根据配电网实时无功需求进行动态频繁投切，就需要具有优异频繁操作性能的真空开关设备以满足系统实时电能质量调控需求。但真空开关在操作并联无功补偿电容器组时，会产生分闸重击穿过电压问题，也即真空开关其触头通常是平面触头，在操作过程中不可能完全避免弹跳问题，这样在操作过程中就会出现电弧断开又连通的反复冲击过程，其合闸弹跳引起的过电压大约在额定电压的3倍左右。

在无功补偿电容器设备相对地加装MOA氧化锌避雷器，可以有效限制并联无功电容器组在操作过程中产生的操作过电压，同时在GB50227-2008《并联电容器装置设计规范》中明确指明，可以采取MOA来限制电容器组操作过程中的单相重击穿引起相对地过电压。对于可能产生多相重击穿或开关合闸时触头有弹跳问题时，笔者建议在真空开关柜中设置专门的防护装置来限制电容器组操作过程中可能产生的极间过电压，尤其对于10 kV变配电中心集中进行无功补偿的开关设备，更应装设如“限制过电压用的电阻性阻尼装置”等设备，来确保设备开关运行的安全可靠性。

3 结语

10 kV配电系统中，真空开关作为电能资源调配运行的核心设备，其操控性能的高低，直接影响到整个系统及设备运行的安全可靠性。真空开关在使用中易出现操作过电压问题，针对不同的操作过电压问题，应采取并联并联电容器、加装MOA氧化锌避雷器、RC阻容吸收装置、电阻性阻尼装置等抑制开关操作过程中可能产生的截流过电压和复燃（重燃）过电压，确保系统和设备具有良好的运行工况性能。

参考文献

[1] 胡传江.6 kV设备操作过电压保护的改进[J].淮北职业技术学院学报，2006（5）：73-74.

[2] 国彬.抑制操作过电压的方法[J].淮北职业技术学院学报，2005，6（7）：119.endprint