2020, Vol. 38 
为了补偿线路中的容性电流，一般通过加装无功补偿装置来保证系统电压的稳定及线路的可靠运行。电抗器作为无功补偿装置的一部分，对于稳定电压、保证供电质量有非常重要的作用。在变电站运行过程中，多次发生因电抗器投切过程中产生过电压导致开关柜爆炸、断路器烧毁、电缆头击穿、电抗器匝间击穿等故障，严重威胁电网的安全稳定运行及现场人员的人身安全[1-5]。
通常通过在真空断路器柜内的出线侧安装避雷器或过电压保护器来限制过电压水平。但现场运行经验证明，避雷器或过电压保护器并不能有效限制电抗器投切过程中产生的过电压水平。为进一步减少过电压事件的发生，提出在电抗器加装采用阻尼方式的过电压吸收装置，对过电压进行限制或消除，以达到治理无功补偿过电压的目的。
1 电抗器过电压吸收装置特点及工作原理 1.1 装置特点电抗器投切过程中过电压的产生实际上是1个电磁能量振荡和传播的暂态过程[6]，如果在此过程中，选择合适的阻尼电阻并联或串联在电路内，可实现对振荡电磁能量的消耗，有效限制过电压水平。正常运行时，并联电容器组的串联电抗器电压很小，但发生电磁能量振荡时，由于电场能量会周期性地转变成磁场能量，电抗器上会出现很高的电压，因此将阻尼电阻并联安装在电抗器上较为合理。此种阻尼方式，是通过消耗电抗器中的能量，使之不能全部送至电容中，来限制电抗器投切时产生的过电压水平。为保证系统的正常运行，阻尼电阻正常运行时应为高阻、发挥作用时应为低阻。采用阻尼方式的过电压吸收装置具有以下特点。
（1）采用高能非线性氧化锌阀片制作吸收器，跨接串联在电抗器两端，在电场能向磁场能转化过程中，逐步对其进行抵消，进而有效限制电抗器投切时产生的过电压。
（2）阻容抑频组件可有效减小过电压的振荡频率，减缓过电压的上升前沿，解决高频过电压对电抗器绕组的伤害，并对过电压峰值起到一定的抑制作用。
（3）过电压吸收装置内串联有快速熔断器，在电抗器发生极间击穿等最不利条件下，保护器可迅速与系统脱离，以避免因保护器发生热崩溃而引发其他事故。
（4）过电压吸收装置采用复合绝缘外套，即便保护器发生热崩溃也不会爆炸，避免伤及周围人员和设备。
（5）过电压吸收装置配有动作次数计数器，可对过电压吸收装置动作次数和泄漏电流进行灵敏记录。
1.2 装置工作原理电抗器过电压吸收装置导通时，能够将电容器进线端对地过电压限制在系统运行电压的2.6倍以下，极间过电压限制在2.15倍以下，满足GB 311.1— 2012《高压输变电设备的绝缘配合》[7]及DL/T 840— 2016《高压并联电容器使用技术条件》[8]的要求，可明显降低滤波电容器组开关分闸瞬间产生的过电压，实现过电压保护。
1.2.1 串联电抗器过电压吸收装置串联电抗器过电压吸收装置原理如图 1所示。在电场能量转变为磁场能量的过程中，接在串联电抗器两端的过电压吸收装置会对电磁能量进行消耗。断路器合闸时发生断口反弹（出现重燃）或正常分闸操作时，电抗器两端均有可能出现高于2倍系统运行电压的高频振荡过电压，保护装置随之动作，将过电压抑制在系统运行电压约1.1倍以内，满足规程要求[7-8]。
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图中：RD—熔断器；SCLP—串联电抗器；ZnO—氧化锌阀片。 图 1 串联电抗器过电压吸收装置原理示意图 |
并联电抗器过电压吸收装置原理如图 2所示。并联电抗器过电压吸收装置采用三相组合的方式，实现相间电压吸收，主要由过电压吸收单元及故障脱离单元2部分构成，其中过电压吸收单元又分为阻容抑频和氧化锌限幅2部分。各单元组件功能如下。
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图中：RD—熔断器；G—放电间隙；R—电阻；C—电容；BLP—并联电抗器；ZnO—氧化锌阀片。 图 2 并联电抗器过电压吸收装置原理示意图 |
（1）故障脱离单元（即图 2中的RD器件）。当过电压吸收单元发生永久热击穿故障时，故障脱离单元迅速动作，将永久热击穿故障单元从无功补偿系统中分离，避免造成无功补偿系统短路故障；并发出动作信号，该信号可接入主控室后台报警系统，以便工作人员及时准确地掌握现场情况。
（2）阻容抑频部分（即图 2中的R、C器件）。该部分可改善匝间电压分布及串联间隙频率响应特性，实现较好的相间过电压保护。
（3）氧化锌限幅部分（即图 2中的ZnO、G器件）。采用氧化锌限幅保护阻容，利用串联空气间隙放电的方式，保护氧化锌阀片，降低保护残压水平，增强电抗器的绝缘水平。
2 电抗器过电压吸收装置的应用 2.1 220 kV高力罕变电站内蒙古锡林郭勒电业局220 kV高力罕变电站35 kV电容器在分闸操作时多次发生过电压炸毁开关柜故障，为了避免过电压对开关设备造成损坏，在其串联电抗器处加装了2套过电压吸收装置。过电压吸收装置加装前、后电抗器投切过程中过电压水平分别如图 3、图 4所示。可以明显看出装置安装后，合闸过电压及分闸过电压倍数明显降低，三相合闸过电压基本一致，无明显突变，分闸过电压均控制在系统运行电压的2倍以下。
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图 3 串联电抗器未安装过电压吸收装置过电压水平 |
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图 4 串联电抗器安装过电压吸收装置后过电压水平 |
内蒙古锡林郭勒电业局220 kV玉龙变电站35 kV并联电抗器运行中也多次发生因过电压烧损开关柜故障，对此在其并联电抗器处安装了1套过电压吸收装置。过电压吸收装置加装前、后电抗器投切过程中过电压水平分别如图 5、图 6所示。装设装置后，合闸过电压及分闸过电压倍数均得到明显改善，且限制效果比串联电抗器加装过电压吸收装置更加明显，合闸过电压及分闸过电压均控制在系统运行电压2倍以下，并且均无明显突变现象。
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图 5 并联电抗器未安装过电压吸收装置过电压水平 |
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图 6 并联电抗器安装过电压吸收装置后过电压水平 |
通过在变电站电抗器安装过电压吸收装置，可在电抗器多次分、合的情况下，仍能很好地控制分、合闸过电压，有效减小过电压对投切电抗器及断路器的冲击，达到保护设备的目的。实际应用效果表明，该装置实用、有效。
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