交流滤波器断路器操作过电压防范措施

程锦++桂传林

摘 要：特高压直流输电系统中，交流侧产生12k±1的谐波分量，为限制谐波分量，进行无功功率补偿，需采用交流滤波器，以保证换流站交流母线电压的畸变率在允许的范围内。本文以奉贤换流站为例，根据交流滤波器断路器结构和现场配置，提出了交流滤波器断路器动作时操作过电压的产生原因，并提出针对性的改进措施。

关键词：交流滤波器 断路器 操作过电压 选相合闸

中图分类号：TM51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0091-01

交流滤波器断路器主要采用SF6交流断路器，由开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操动机构五个基本部分组成。奉贤换流站交流滤波器断路器采用液压弹簧储能机构，当小组交流滤波器投入时，通过选相合闸装置下达命令，以减少投入时对交流电压产生的短暂波动。

1 操作过电压过程分析

电力系统中的电容、电感为储能元件，当操作或故障使其工作状态发生变化时，将有过渡过程产生。在过渡过程中，由于电源继续供给能量，而且储存在电感中的磁能会在某一瞬间转变为静电场能量的形式储存在系统的电容中，可产生数倍与电源电压的操作过电压，持续时间几毫秒到几十毫秒。电源中性点接地系统开断中性点不接地的电容器组时，会产生操作过电压。开关断开时的过电压被称为瞬变恢复电压，其值为1.7～2个电弧熄灭时的断路器上的电压瞬间值，会引起电弧重燃。限制操作过电压的根本方法是提高断路器的灭弧能力以及降低断路器触头间的恢复电压。

2 操作过电压限制方法

提高断路器的灭弧能力和分合同期、加装选相合闸装置、加装并联电阻、加强外绝缘可有效限制操作过电压。奉贤换流站内的现场改造条件分析如下。

2.1 选相合闸装置改造

断路器的合闸时间为断路器本身的机械特性，较为稳定，偏差在±1ms左右。在带电合闸时，合闸时间还与断路器内部的预击穿时间有关。奉贤换流站内交流滤波器场断路器配备了STITCHSYNC F236选相合闸装置，如图1，斜线为合闸过程中SF6绝缘强度下降率。如设定S点为断路器理想合闸时刻，由于合闸过程中SF6气体绝缘强度下降，在a点位置便发生预击穿，此时电压仍处于高位，再考虑断路器本身动作特性的离散性，预击穿位置还可能早于a点位置发生，这样会引起交流电压的剧烈波动。

考虑到断路器本身存在±1ms的合闸时间偏差，假设断路器目标合闸值为S点，当出现提前1ms合闸时，实际预计穿将发生在S-18°的角度上，在S-a之间的直线中。此时断口电压接近高电压，将使小组滤波器在电压接近高点充电，对交流电压的影响将非常大。

如图2所示，按断路器合闸动作离散性±1.5 ms计算，当在理想位置合闸时，关合滞后电压零点相角为约1ms（约18°），合闸时间提前1.5ms时，关合滞后电压零点为0.3ms（约5.4°），当合闸滞后1.5ms时，关合滞后电压零点约1.7ms（约30.6°）。这样可以保证预击穿都发生在较小电压值范围内，避免电压剧烈波动现象的发生。

2.2 并联电阻安装

奉贤换流站交流断路器对应合闸电阻静触头及其组件装在合闸电阻瓷套右侧，合闸电阻动触头及其组件装在左侧。合闸电阻动触头及灭弧断口由绝缘拉杆操动。合闸操作时，在灭弧室动触头合闸前，合闸电阻动触头先合闸，合闸电阻投入时间约半个工频周期，以降低过电压。分闸操作时，在灭弧室动触头的超行程阶段，合闸电阻动触头断开，在分闸操作时合闸电阻不通电。根据这种结构，合闸电阻只在合闸操作中起到降低过电压作用，分闸操作中不起作用。根据设备情况，奉贤换流站安装的断路器可以加装合闸电阻，但需打开灭弧室进行改造，现场不满足改造条件，需返厂改造。考虑运输及改造时间，1台断路器改造时间为3个月。

2.3 加强外绝缘

涂刷RTV涂料或加装硅橡胶防污伞裙套可有效增强设备外绝缘，且工期较短，交流滤波器轮停期间即满足工作条件。断路器操作过电压可通过多项手段进行限制：选相合闸装置可有效地解决断路器合闸动作离散性，但设备本身存在问题，应在设备设计制造过程中尽量避免；选相合闸装置自适应算法可有效地解决断路器运行期间分合闸时间变化，应在今后加以应用；从现场改造条件考虑，喷涂RTV涂料为较为有效的改造方法。

参考文献

[1] 王新军.浅谈真空断路器的操作过电压及其抑制措施[J].科技资讯，2009（15）：421.

[2] 赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3] 张纬钹.过电压防护及绝缘配合[M].北京：清华大学出版社，2002.endprint