唐锦 尧杨磊

摘  要：本文真空断路器开断并联电抗器产生过电压，在ATP中建立过电压仿真模型，仿真结果表明，电抗器首端过电压幅值受断路器重燃次数的影响，重燃次数越多，幅值累积越高。断路器重燃原因为断路器两端电压大于绝缘强度，在分闸过程中表现为暂态恢复电压上升率大于介质绝缘强度恢复速率。重燃过程中的电流频率很高，所以导致重燃过电压幅值大、频率高。

关键词：真空断路器;并联电抗器;ATP，重燃过电压

1、仿真模型的建立

1.1 基于现场重燃试验的断路器仿真模型

真空状态下电压击穿场强不变，所以断路器击穿电压大小与触头间的距离紧密相关，当断路器刚分闸时，触头间的距离很小，触头间的暂态恢复电压TRV（transient recovery voltage）大于击穿电压，从而引发触头间的重燃，当电流自然过零时熄灭，之后，恢复电压再次大于击穿电压发生重燃，当电流自然过零时熄灭。从而发生频繁的电流重燃熄弧，并伴随产生幅值搞、频率大的过电压。在分闸后期，触头间距离距已足够大，触头间的恢复电压小于击穿电压，真空绝缘不再击穿，从而不再发生重燃现象，此时就的状态为断路器分闸功成状态。因此本文主要研究断路器在小开距情况下的熄弧重燃。基于Helmer模型，考虑截流值、介质动态绝缘强度以及高频熄弧能力3个因素，在仿真中搭建断路器分闸初期的电弧重燃模型。

根据运行经验，10kV真空断路器的截流值一般为4A～6A，再通过对比本项目现场试验中分闸操作三相电流的截流值大小4.8A、5.3A，5.1A，确定本次仿真试验中截流值取5A。根据2.2节中现场试验数据采集分析，对重燃过电压的波形进行分析，选取重燃过电压的幅值顶点进行连接，并对该曲线进行拟合。最后将拟合曲线编写进ATPdraw图形输入程序中断路器分合闸条件，从而模拟实际状态中并联电抗器连续电弧重燃与熄灭机理模型。

最终得到如图1所示的断路器熄弧重燃仿真模块，包括3个输入量Isi、Usi和ULi，1个输出量Ki。其中Isi为流经断路器的电流，Usi为断路器电源侧电压，ULi为断路器负载侧电压，Ki是输出变量，决定开关的状态。考虑到断口的杂散参数和损耗，在断路器两侧并联上0.8nF电容和0.1Ω电阻。

2 基于运行变电站的电路仿真模型

根据实际的变电站中的设备参数及系统连接方式在ATP中建立仿真模型，如图2所示，根据变电站设计数据，结合线路电感、寄生电容、断路器开断后的等效电感电容、电抗器本身电容及电阻等，并联电抗器电感值为40.9mH，电抗器两端杂散电容值0.003uF，电感电阻值设定为96kΩ，线路电感设定为10μH，电抗器与断路器连接电缆长度80m，站用变与断路器连接电缆长度20m，型号均为ZRB-YJV22-8.7/15-3×240，電源电压设定为10.5kV，并设定断路器分闸时间节点为0.02s，分析电抗器分闸过程中重燃过电压对电抗器、母线、站用变、PT过电压的影响。

其中，主变压器型号为SFSZ10-240000/220，额定容量为180MVA，额定电压为230kV，高、中、低绕组容量分配为180/180/90，空载损耗为86.273kW，空载电流百分数为0.068%，变压器中性点经放电间隙并联避雷器接地。

并联电抗器型号为BKK-2667/10，其单相额定容量为2667Mvar，额定电压： ，额定电流：462A，星形连接，中性点不接地接线方式，三相电抗分别为12.85、12.61、12.83，电感值分别为40.9mH、40.14mH、40.84mH。并联电抗器单相入口等效电容取为3nF。

站用变型号为DKSC400/10，额定容量为400kW。

连接电抗器和断路器以及连接站用变和母线所使用的10kV三芯电缆型号均为ZRB-YJV22-8.7/15-3×240，电抗器与断路器连接电缆长度80m，站用变与断路器连接电缆长度20m。该电缆的单位长度电容值约为0.2603nF/m，单位长度电感值约为0.36μH/m，单位交流电阻约为0.153Ω/km。

3 仿真结果

3. 1 重燃过电压状态下电流仿真

采用以上参数和模型进行10kV真空断路器开断并联电抗器的仿真，真空断路器重燃过电压状态下电流波形图如图3所示，其中A、B、C三相颜色分别为蓝、红、绿。由图3可知，在20ms（设定开断时间点）后，通过断路器的电流急剧震荡，产生高幅值 、高频率震荡波，后逐渐减小至0，通过暂态放大图（如图3-4所示）可以看到，约在20ms到20.3ms时间中发生重燃。

3.2 重燃过电压状态下电压仿真

对电抗器首端电位进行仿真，仿真结果如图5所示，在断路器开断时，电抗器首端电压发生剧烈震荡，产生高频、高幅值震荡波，其过电压最大值为48.86kV，与现场试验47.458kV接近。对比图4及图6，可以以看到，在重燃过程中，电抗器首端过电压波形呈无规则的高频震荡，在断路器完全断开后呈现震荡衰减。

对站用变首端电压进行仿真，仿真结果如图7所示。在断路器开断时，站用变首端电压发生剧烈震荡，产生高频、高幅值震荡波，其过电压最大值为40.79kV。

由图可知其过电压最大值为48.86kV，与现场试验过电压47.458kV接近，站用变首端过电压为40.79kV，现场试验检测数据为44.56kV，验证了本文中计算模型的有效性。

4总结

（1）基于现场重燃过电压测量波形，拟合出断路器重燃熄灭模型，利用ATP仿真程序对变电站中重燃过电压进行模拟仿真。

（2）将仿真重燃过电压波形图与现场实际重燃过电压进行对比，过电压波形大致相同，电抗器处过电压幅值基本一致，设定的仿真模型能有效的反映现场实际运行情况。

（3）测量图断路器在进行分闸操作时，电流和电压都要经过一个暂态过程之后，才能进入稳态运行状态，暂态过程主要表现为震荡衰减形式。

（4）电抗器首端过电压幅值受断路器重燃次数的影响，重燃次数越多，幅值累积越高。断路器重燃原因为断路器两端电压大于绝缘强度，在分闸过程中表现为暂态恢复电压上升率大于介质绝缘强度恢复速率。重燃过程中的电流频率很高，所以导致重燃过电压幅值大、频率高。

（5）站用变处过电压幅值收断路器母线侧电压的影响，由母线侧过电压通过母线和电缆传导，所站用变处过电压和母线过电压波形相似。

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项目名称：真空断路器投切并联电抗器暂态过电压抑制方法研究.

项目编号：031900KK52190001