10kV配网系统过电压保护系统设计

彭晨翔

【摘 要】配电网作为电力系统与电力客户之间的桥梁与纽带，其安全稳定运行直接影响电力系统的供电可靠性。随着经济社会的不断进步，配电网覆盖范围、规模日益扩大，新能源、新负荷等不断接入，传统配电网防过电压手段已无法满足电网飞速发展及电力客户对供电可靠性的要求。因此，为保障配电网安全稳定运行，确保不间断地电力供应，加强配电网过电压保护系统的研究，具有重要的理论意义和重要的工程实用价值。

本文研究设计的范畴为10kV配电网，配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络，10kV配电网络直接接入用户端。因此，10kV配电网络的运行稳定性与人民的生产、生活都直接相关。本文首先分析了过电压产生的原因，对各种过电压进行分类，然后针对每一种过电压分析了解决配电网过电压的方法。最后，针对具体的10kV配电系统项目，设计了一种10kV配电网系及其过电压保护系统，通过耦合地线提高线路绝缘性能、通过合理选择进线端避雷器、合理设置自动重合闸装置以及通过静止无功补偿装置等手段抑制配电网过电压。

因此，提出了10kV配电系统过电压保护系统的设计，从而使系统设计更加经济、合理，使得配网系统的运行更加安全可靠。

【关键词】绝缘性能，过电压保护，无功补偿

 

1. 10kV配网系统过电压保护设计

1.1内部过电压的保护方式

10kV切除空载线路过电压保护方式

（1）切除空载线路过电压形成的物理过程及分析切除空载线路过电压的最根本原因是断路器重燃，而过电压的大小和电弧重燃的次数成正比。

（2）切除空载线路过电压保护设计

(a)改进断路器结构

切断空载线路上的过电压主要是由于断路器再燃引起的，改善其结构和增加触头之间的介质强度回复速率，避免重燃，可从根本上消除这种过电压，近年来，采用SF6，压缩空气，带压油活塞的少油断路器，采用外能式方法灭弧，切除空载线时可做到不重燃，老式的少油断路器或多油断路器还重燃。以下为利用真空断路器ZN5-10切除10kV配电线路时的实测波形，由波可以看除共进行了两次重燃，最大过电压倍数为2.72。因此ZN5-10可适用抑制10kV配电系统空载线路过电压。根据断路器的热稳定性校验，断路器的额定电流为1250A。开断电流25kA。

（b）采用并联电抗器

断路器在空载线路上的过压是由断路器的重燃所致，改进其结构，提高触点间介质强度恢复率，其角频率（式中QL为电抗器容量；QC为线路充电功率），通常，即，自动断开后，触头之间的回复电压为拍波振荡，如图1所示，因恢复电压升高速度大幅下降，可有效预防电弧再燃。

图1触头之间的回复电压波形

由于10kV配电系统多接近用户负荷，因此选择CKSC-22/10-5，这种电抗器价格经济，而且工作状态时噪音小，非常契合10kV配电系统的工作需求。

型号	额定电压	额定电流
CKSC-22/10-5	10kV	23.6A
额定容量	额定损耗	额定电抗率
22.5kVar	450W	5％

（a）装分闸并联电阻

图2带分闸并联电阻的断路器结构示意图

    带分闸并联电阻的断路器结构示意图如上图所示，动作流程为：首先断主触头DL1，把R串入回路：一是泄放残余电荷，二是减小触头间电压差，此步骤希望R值较小。经1.5~2周波，然后断开辅助触头DL2，此步骤希望R大，电容器得分压就小，恢复电压也小，而且不容易重燃，但主要的难题是选择适合的R值。

图3并联电阻断路器等值电路图

第一阶段，电容电压：

DL1断弧后，电阻R的电压即是触头DL1的恢复电压ur1：

   

RC0越小（要求R值小些）， 越大，恢复电压越低。

第二阶段，DL2的恢复电压ur2：

RC0越大（要求R值大些）， 越小，恢复电压越低。

分闸电阻的重要作用：一是减少触头之间的恢复电压，二是减少重燃后的过压，简化计算，在分别断开DL1、DL2时恢复电压最大值相同，得出 比较合适。110kV/ 200km 、220kV /400km线路对地电容分别为1.8F、3.5F，则R为：3000~5000，330kV/500km，4.8 mF的接地电容，适当的断开电阻大约是2000，分闸电阻为中值并联电阻。

5. 总结

随着我国电力研究水平和综合国力的快速提高，配网过电压保护的水平也日新月异，配网过电压保护系统的发展对稳定供电和安全供电提出了更高的要求。本文对某工厂10kV配电网过电压保护系统进行了设计论述，主要完成的工作如下：

1.为了改善供电工作的安全和稳定性、经济效益。提出对10kV配网过电压保护系统设计的必要性。

2.经过查阅了国内外大量的参考文献，综合分析了10kV配网典型过电压，完成了10kV配电系统过电压保护系统的基础设计。

3.参考可持续发展的理念，按照一二次设备电气特性，针对各种过电压进行相应的专项保护设计。能保证在现有的10kV配电网系统，现有的运行要求下满足过电压保护要求。

随着日均用电量愈来愈高，对于整个电力系统的压力也随之增加。现在电力工程、微网技术在与时俱进发展，同样的，电气设备也在发展，在设计过程中，不能拘泥于当下，要瞄准国际前沿，跟踪最先进的设计，采用最先进的设施设备进行设计与设备选型，保障配电网系统正常运行，建立更加安全、可靠的配电网系统。本文所研究的内容对10kV配电系统过电压保护具有巨大意义，并具有更广泛的应用前景。

参考文献

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