浅析35KV高压设备操作过电压的防治

娄二红

摘要：随着社会主义市场经济的快速发展，我国各行各业都得到了飞速的提升，电力系统也在这一背景下高速发展，在这里我们以某电炉炼钢厂投产的高压设备作为研究对象进行相关的分析研究，在电炉炼钢厂投产半年后的两年时间内，应该会陆续出现电炉变压器进线电抗器、西门子真空断路器、阻容吸收装置等设备损坏的情况，给电炉冶炼工作带来了很大的困扰。本文提出了电炉设备采取的操作过电压防治措施，并结合工程实例加以说明，同时也介绍了过电压抑制装置所用的主要电气元件性能。

关键词：35KV电炉设备；真空断路器；过电压防治

引言

电力系统在运行过程中，一般情况下会伴随着暂时过电压、操作过电压、雷电过电压等各种过电压的威胁，谐振过电压是电网暂态过电压的一种。我国10kV、35kV电网担负着直接向客户供电的任务，系统接地方式最广泛采用的是中性点对地绝缘接地方式（消弧线圈接地或小电阻接地均是为实现某些功能而采取的特殊接地方式），电网的结构、容量、参数、运行方式等变化频繁，系统中接地的电磁式电压互感器具有易饱和非线性特点，随着电网的结构、容量、参数、运行方式等的变化极易使电网对地容抗与电压互感器励磁感抗达到铁磁谐振的条件而引起谐振过电压。这种过电压一般持续时间较长，如不采取有效的预防和消除措施，常常会长时间自保持，从而引起电压互感器长时间过励磁而烧毁，或引起电网中相对绝缘薄弱环节设备的烧毁，甚至诱发相间短路和其它更为严重的电力系统事故。

1设备简介

设备是一座70吨精炼炉，配一台35KV、14MVA变压器；另一座60吨超高功率电弧炉，在变压器一侧串接一台6600Kvar电抗器，和一台35KV、45MVA变压器；在真空断路器的负载侧，接有阻容吸收装置和避雷器，一般用于过电压的保护方面；选用德国西门子公司的3AH4305型真空断路器作为变压器的一次侧断路器。

2运行中遇到的问题

在投产近半年后，35KV高压设备的安全运行就会存在很大隐患。常见问题如下：

2.1串联电抗器绕组的绝缘层击穿现象

在新炉冶炼过程中，该串联电抗器具有稳定电弧的功能，出现短路的频率比较高，对上级电网进行冲击。在运行的过程中，为适应不同的冶炼工况，共设置7个档。曾经多次处理对地绝缘层击穿的事故，且每次事故处理需要很长时间，给生产的顺畅带来了干扰。其中一次事故发生后，该电抗器直接退出运行。针对这些事故，需要对绕组的绝缘距离进行改进，以改变电抗器的制造工艺。电抗器生产厂家及专业技术人员分析认为，主要的原因是对电压装置进行加强防治。

2.2真空断路器外沿闪络现象

投产半年后，在电炉、精炼炉真空断路器的真空灭弧室的无氧铜屏蔽罩与绝缘瓷瓶接触部位附近，会出现放电现象，有时放电点很大，有时放电点很小，出现放电的时间毫无规律可言，有时数月均未出现放电现象，虽通过了工频耐压测试，但因闪络点处出现了一定深度的融坑，且不能确定其内部的波纹管是否受到影响，为了确保高压设备运行安全，需要经常更换波纹管，以保证系统的安全运行。截止2016年12月份，该厂更换了7只真空灭弧室（当时物价每只约3.5万元），不仅增加了该设备的维修费用，给生产工作带来了困扰。3真空断路器合分感性负载产生操作过电压的机理及防治

3.操作过电压的机理

因真空断路器的维护量小、可频繁操作、开断能力强、使用寿命长等优点从而被广泛地使用。同时也因为它灭弧能力强，尤其是在开断感性负载方面，例如空载变压器、电动机时，可在电流过零前将电弧给熄灭，强行截断弧流在电感电容回路里所产生的截流过电压。通过多方了解，电感回路中的电流是不可能骤变的，当弧流被强行截断的初期，电感线圈中所剩余的电磁能1/2LI2将只能通过绕组对铁芯之间、电缆对地之间的杂散分布电容回路所释放，即电磁能向电能的转化，此时电能为1/2CU2，根据能量守恒定律可得：

LI2＝CU2（1）

U=I（2）

其中，U为杂散电容上的电压；I为截流幅值；L为电感量；C为回路杂散电容；除截流过电压之外，真空断路器分断感性负载时还将产生多次重燃过电压和三相同时开断过电压。多次重燃过电压是在真空断路器切断感性负载时，在真空断路器的负载侧存在的截流过电压的幅值和频率均很高的现象，该现象作用在分断过程中动静触头的间隙上时，触头间的介质可能将被击穿而再次触发起弧，而后在真空介质的作用下电弧被熄灭，如此反复直到电弧彻底熄灭，这时真空断路器的负载侧电压将升高到非常高的幅值，从而易导致电炉变压器线圈纵绝缘的损坏。三相同时开断过电压是由真空断路器分断时，某一相触头的弧流最先开断产生的截流过电压和重燃过电压，这时该相的高频电流流经弧流尚未开断的另外两相，与工频电流叠加从而迫使另外两相提前过零而熄弧，此后的过程与前两种过电压相同，此过电压的幅值和频率也非常高。3.2操作过电压的防治目前而言，大多数采用阻容吸收装置和避雷器来抑制过电压的，但这两者之间的适用范围是有区别的。避雷器能有效地保护雷电所引起的雷击过电压，它以防为主，通过限幅控制过电压的倍数，但无法改变操作过电压的振荡频率即过电压的梯度。

4过电压保护系统的改进设想及效果

在35KV变压器系统上，出现的这些问题给工作造成了很大的困扰，系统中过电压保护装置的配置应该是齐全的，为何在系统投运一段时间后会出现这么多的问题，可见，尽管每次都按照要求对避雷器做的预防性测试，但是在操作一段时期以后，发现系统中过电压未被有效地抑制，导致经过一段时期以后，阻容吸收装置性能发生变化。在查阅阻容吸收装置资料时了解到，带串联间隙的阻容吸收装置在理论上是可行的，同时阻容吸收装置是带有串联间隙的，通过在RC吸收基础上串联一个间隙，能保护电容和电阻不受高次谐波的影响，然而，由于间隙本身具有分散性和不稳定性，加之受环境湿度的影响较大，导致过电压后间隙放电时电弧熄灭具有不稳定性。经过一段时间的累积，此系统经常出现爆炸引发事故。上述设备出现的问题均是操作过电压的一种具体的体现，与与串联间隙的存在有关。通过查询资料，我们仍然会在运行的过程中多次出现无感电阻表面变色的情况，我们分析此情况是由系统内存在高次谐波而造成的（虽然系统的谐波治理已符合该要求），后设想如果用氧化锌非线性阻容吸收装置，这种问题将不会再发生。我们考虑到在断路器的进线侧也会有存在操作过电压的可能，遂在进线侧也设想增加一台阻容吸收装置，通过查阅一些与之相联的过电压计数器的动作情况文件，说明在真空断路器的进线侧也确实存在操作过电压，实际效果将通过观察来确立。在此基础上，我们还要对这套系统的过电压保护方案做进一步的完善，以求达到最佳效果。35kV变电站系统经过防治措施，大大减少了操作过电压发生的次数，保障了供电系统的安全可靠运行；保护了供电设备，节约了供电成本。值得在35kV变电站系统供电中推广。

结语

阻容吸收装置的应用早已存在，不是什么新生事物，关键在于如何根据具体的应用合理的选用恰当的产品。在35kV供电系统中，过电压是很常见的故障现象。主要有谐振过电压、操作过电压、雷击过电压等在防治35KV高压设备操作过电压对设备造成影响的过程中，对它的认知度有了进一步提升，根据本次操作过电压的防治探讨，咱们认为在真空断路器的体系中，阻容吸收设备的作用是避雷器所不能代替的，一起在选用纯电阻、电容吸收设备时，假如数量较多时，应需考虑它会添加体系的电容电流及受谐波的影响，而采用氧化锌非线性电阻替代纯电阻，就能有效地避免这种影响。本文简述操作过电压对设备的危害及其防治，希望能够对从事该行业的电力工作者具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]李松乔、易志斌等.电气工程师手册机械工业出版社1986年出版第一版

[2]张懋鲁.电炉变压器的操作过电压及其抑制.沈阳：变压器，1995，6（12）：23-30.

[3]解广润.过电压及保护.北京：电力工业出版社，1980.