高压断路器切除并联电抗器过电压的抑制研究

高压断路器切除并联电抗器过电压的抑制研究

赵霜霜

山东核电有限公司 265100

摘要：并联电抗器是电力系统中常用的一种设备，用于补偿系统的感性无功功率，提高系统的功率因数。然而，在高压断路器切除并联电抗器时，由于电流的变化和电感的储能效应，会产生过电压的问题。过电压会对电力系统的安全运行造成威胁，因此需要采取相应的抑制措施来解决这个问题。本文从并联电抗器的作用和工作原理入手，分析了高压断路器切除并联电抗器时的过电压问题，并提出了几种高压断路器切除并联电抗器过电压的抑制方法。

关键词：高压断路器；并联电抗器；过电压；抑制方法

据统计，高压断路器切除并联电抗器时产生的过电压可能达到额定电压的数倍甚至十几倍。以某1000kV输电线路为例，当切除并联电抗器时，过电压可能达到2000kV以上。这样的高电压水平不仅会对电力设备造成损坏，还可能引发电力系统的连锁故障，给电力系统的稳定运行带来严重的影响。为了解决高压断路器切除并联电抗器过电压的问题，研究人员提出了多种抑制方法。

1并联电抗器的作用和工作原理

1.1并联电抗器的作用

并联电抗器是电力系统中常用的一种补偿设备，其主要作用在于调节电流和电压，以提高系统的稳定性和效率。首先，它能够消除谐波，降低电力系统中谐波含量，从而防止谐波对系统设备的损害。其次，对于电力系统中的无功功率，通过并联电抗器的引入，可以进行补偿，提高系统的功率因数，降低潜在的功率损耗。此外，并联电抗器还可以在系统电压波动时，提供额外的电感或电容，帮助维持系统的电压稳定。在电力系统中，尤其是当系统中存在大量非线性负载时，引入并联电抗器有助于优化系统性能，减轻电力设备的负荷，提高电能质量，从而确保系统可靠运行。

1.2并联电抗器的工作原理

并联电抗器的工作原理基于其电感和电容的特性。首先，通过合适的设计，电抗器可以提供所需的电感或电容，以补偿系统中的无功功率。在电感方面，电抗器通过在系统中引入感性分量，可以吸收和释放电能，从而调节电流的相位，提高功率因数。而在电容方面，电抗器通过引入容性分量，可以帮助吸收和释放电能，实现对电压的调节，维持系统电压稳定。工作时，通过调整电抗器的电感和电容值，可以根据系统的需要实现对电流和电压的精确调节。

2高压断路器切除并联电抗器时的过电压问题分析

2.1过电压的产生原因

在高压断路器切除并联电抗器的过程中，过电压问题是一个值得关注的方面。过电压的产生根本上源于电力系统中能量的突然变化。首先，切除并联电抗器会导致电感电流的突变。系统中的电感电流在切除过程中经历突然变化，引发电感储能的急剧释放，形成电感电压的涌现，从而产生过电压。其次，电抗器中的电容也是一个重要的因素。在切除电抗器时，电容中储存的能量会以突变的方式释放，导致电压的瞬时变化，形成额外的电压过冲。此外，断路器中断电流也是一个可能导致过电压的因素。电流中断会引起电流的急剧变化，从而导致电感电流和电容电流的瞬时变化，产生过电压。最后，切除电抗器可能导致系统参数的突变，如电感值的突然减小，对系统的电压波动产生显著影响。

2.2过电压对电力系统的影响

过电压对电力系统可能带来一系列不良影响。首先，它可能导致电力设备的损坏，特别是对电压敏感的设备，如变压器、绝缘子等。其次，过电压可能引起系统电压的瞬时波动，导致系统不稳定，对电网的正常运行造成威胁。此外，频繁的过电压事件可能缩短电力设备的使用寿命，增加设备的维护成本。对用户设备来说，过电压可能传播到用户端，影响设备的正常运行，甚至导致设备故障。因此，在高压断路器切除并联电抗器时，对过电压问题的合理分析和采取相应的保护措施显得尤为重要。

3高压断路器切除并联电抗器过电压的抑制方法

在高压断路器切除并联电抗器时，为了有效抑制过电压问题，可采用不同的抑制方法。以下是几种常见的过电压抑制方法：

3.1电阻抑制法

电阻抑制法是一种常见而简单的过电压抑制方法，通过引入电阻来调节电流的变化，减缓过电压的产生过程。在高压断路器切除并联电抗器时，由于电感电流和电容电流的急剧变化，过电压问题可能显著。为了解决这一问题，引入适当大小的电阻成为一种有效的手段。通过在系统中加入电阻，可以形成一个RC电路，其中R代表电阻，C代表电容。这个电路起到了减缓电容和电感能量释放速度的作用，降低电流的变化率。这样，过电压的产生就会受到一定的制约，系统对突变电流的响应更为平缓，有助于减轻电压的剧烈波动。尽管电阻抑制法具有简单可行的特点，但在应用时需要仔细权衡电阻的大小。电阻值的选择需要考虑到系统的电气参数，以确保在抑制过电压的同时，不会影响到系统的正常运行。过小的电阻可能无法有效抑制过电压，而过大的电阻则可能导致系统响应过度迟缓，影响系统的动态性能。因此，在采用电阻抑制法时，需要通过系统仿真和实际测试，精确确定合适的电阻值，以达到平衡抑制效果和系统性能的最佳状态。

3.2电容抑制法

电容抑制法是一种通过合理配置电容器来调节系统电能的过电压抑制方法。在高压断路器切除并联电抗器时，由于电感电流和电容电流的急剧变化，可能会导致过电压问题。为了解决这一问题，电容抑制法采用了电容器来吸收和调节系统中的电能。通过在系统中引入电容器并进行合理配置，电容抑制法能够提供瞬时的电流支持，平滑电流波形，减小电流中断时产生的涌流和过电压。电容器的引入有效地调节了电流的变化率，使系统对切除电抗器引起的电压波动产生更为平稳的响应。尤其在需要对电容器值进行精确控制的情况下，电容抑制法能够更灵活地适应不同系统的需求，确保其在电力系统中发挥有效的抑制作用。该方法的优势在于其对系统响应的快速性和对电流变化的精准调节，为解决高压断路器切除并联电抗器时的过电压问题提供了一种可靠的手段。

3.3反向电动势抑制法

反向电动势抑制法是一种通过引入电感元件来产生反向电动势，以抵消电感电流突变的方法。在高压断路器切除并联电抗器时，电感电流的急剧变化可能导致过电压问题。反向电动势抑制法通过合理设计电感参数，使得产生的反向电动势与电感电流的突变相抵消，有效地抑制过电压的生成。这种方法需要在系统中引入适当的电感元件，并确保其参数设计合理。通过精心调整电感的数值，使得反向电动势与电感电流的突变在时域上相互抵消，可以实现对过电压问题的有效抑制。反向电动势抑制法的综合性设计要求考虑系统的电气参数，以确保抑制效果的稳定性和可靠性。

3.4综合抑制法

综合抑制法是一种通过综合运用多种过电压抑制手段的方法，以达到最佳的效果。这种方法将多种元件如电阻、电容、反向电动势等合理配置在电力系统中，通过系统仿真和参数优化来确保在不同工况下都能有效地抑制过电压，提高系统的稳定性。通过综合运用不同抑制手段，综合抑制法能够在高压断路器切除并联电抗器时提供更灵活和全面的过电压抑制解决方案。在系统仿真过程中，可以根据系统特点和工作条件对各个抑制元件进行精确的参数优化，以确保在不同工况下都能取得最佳的抑制效果。

结束语：

这些研究为高压断路器切除并联电抗器时的过电压问题提供了多种解决途径。未来，我们可以进一步深入研究，结合实际工程应用，更精确地配置和优化各种抑制手段，以确保在不同工况下都能取得最佳的抑制效果。这将有助于提高电力系统的稳定性和可靠性，确保设备的安全运行，推动电力系统在面临过电压问题时更加健壮和高效的发展。

参考文献：

[1]孟晓承.高压断路器行为规律研究[D].山东大学,2019.

[2]高群伟;金光耀;谷君;张一茗;宋亚凯;范才武.高压断路器分闸时间控制方法研究[J].高压电器,2018,54(09):58-66.

[3]叶吟风.关于高压断路器试验的关键点解析[J].计算机产品与流通,2017,(09):94.