中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210185－02 1 故障情况 2007年10月20日00:05地调下令断开I乔容1，值班员在操作断开1#电容器组开关时，后台监控机警铃喇叭响，控制室照明灯熄灭；后台监控机报警栏报出1#电容器组开关电流I、Ⅱ段保护动作跳闸；#1主变保护A、B柜III侧A、B、C相I、Ⅱ段过流保护动作跳闸；2#电容组开关电流I、Ⅱ段保护动作跳闸；35kV西母电压无指示、各分路电流指示为零。
1）1#电容器组开关跳闸分析
在断开1#电容器组开关时，可能引起操作过电压，使1#电容器组开关上侧绝缘击穿（靠近母线侧），造成短路故障，因为此开关柜CT安装在开关两侧，所以1#电容器组开关电流I段保护动作，经过150ms延时，开关跳闸。1#电容器组开关断开后，因短路点在开关上侧，故障仍然存在，1#电容器组开关电流Ⅱ段经过301ms延时，又报出保护动作信息。（1#电容器组开关电流I段保护定值Idz=14.85A，t=0.15S；电流Ⅱ段保护定值Idz=4.83A，t=0.3S）
2）351开关跳闸分析
虽然1#电容器组开关保护动作，开关已经断开，但是因短路点在开关上侧，靠近母线侧，故障仍然存在，属于母线故障范围，因此#1变压器A、B两套保护柜低压侧后备保护动作，过流I段经过2404ms延时，去跳350开关，（因本期只安装了一段母线，无350开关）；过流II段经过2704ms延时，去跳开351开关；35kV西母电压无指示、各分路电流指示为零。（#1主变低压侧后备保护电流I段保护定值Idz=2.73A，t=2.40S跳350；电流Ⅱ段保护定值Idz=2.73A，t=2.7S跳351）
3）2#电容组开关跳闸分析
在保护事件记录顺序中可以看出在2007-10-20 00:05:32 #1主变保护A柜过流II段保护经过2704ms延时动作，跳开351开关；在下一个保护事件记录中2#电容组开关电流I段保护经过150ms延时动作，跳开2#电容组开关。通过保护事件记录分析，在351开关跳闸时，可能再次引起操作过电压，与1#电容组开关故障类似，使2#电容组开关上侧绝缘击穿，造成短路故障。
2 过电压原因分析
真空断路器分闸过程中产生重燃过电压，是真空断路器独有的特殊现象。它是开关分闸时，触头刚分开瞬间就遇到该相工频电流自然到零，电弧熄灭，但因开距小，断口在恢复电压作用下重燃，经过几十甚至几百毫秒又重燃，这种重燃在开断过程中重复发生多次，产生高频振荡谐波可达105-106Hz之间，也伴有半波工频电流，过电压幅值又随重燃次数叠加而增高陡度大，对电容器绝缘造成严重危害。过电压幅值单相重燃电容器相对地在4倍额定电压，二相重燃也在3倍额定电压以上。
电容器在被切除时。如果开关不重燃，开断时不会产生过电压，也不会产生过电流，因此，人们追求采用能切合电容器而不复燃的开关，在切断电容器回路而当某相开关断口上的电流为零时，电容器端子上电压达到最高，为电源电压最大值，开关断口上几乎没有电压，此相电弧很小，且很容易熄灭。但是，经过半个周波后。电源电压反相达到最大值，原电容器上的电压和电源电压共同形成出了2√2UN的电压加于开关断口上，此时，若开关断口的距离还未拉到足够的长度，或者断口间的去游离不够时，断口就可能被击穿，这时形成的充电回路就可能出现高频振荡，当电流再次过零，断口再次断开时，电容器上就会出现接近于3√2UN的电压，在经过半个周波，电源电压反向，这时作用于开关断口上电压则接近4√2UN，这样高的电压还可能使开关断口再度击穿，依此，电容器上的电压还会增大到5√2UN，这样高的电压对电容器本身和其他电器设备是很有害的，因此提高开关投切电容电流的能力是减少事故和延长电容器使用寿命的一个重要方面。
2.1 过电压产生的原因
我国10～63kV系统为中性点不接地的小电流接地系统。无功补偿补用的电容器组均采取中性点绝缘的形式。C0是电容器组中性点对地分布电容； 是电源中性点对地电容。
运行经验表明，在切断电容器组时会产生重燃过电压而引起事故。例如，某变电所在切断电容器组时，引起两次避雷器爆炸；变压器套管间400mm的间隙放电，三相套管闪络，导致变压器绝缘损坏。
1）星形接线的重燃过电压。为方便起见，在讨论电容器组上的过电压时，可以把接地点移至电源的中性点，图1（a）中的 。
首先分析切断电容器组时的单相重燃过电压。
（a）A相熄弧
（b）A相断开，B、C相同时熄弧
（c）A相重燃
图1 电容器组切断时电路个元件上的电压变化
图2 A相重燃后的振荡回路
当t=0后，A相电容电压Uao’=Em将保持不变。而B、C两相电源将继续对B、C相电容供电，见图1（a）。
当t=5ms，即在经过1/4工频周期（ωt=90°），B、C两相回路电流过零，断路器三相断开，此时电容器上的电压和向量图，见图1（b）。
当t=10ms，即又经过1/4工频周期（ωt=180°），见图1（c）所示，A向端口上的恢复电压降达到最大值，即：
B相和C相断口上的恢复电压分别为0.37Em、-1.37Em。设A相电源经A相电容器和中性点电容接通，形成振荡回路，如图2所示，在a0间会出现很高的过电压。若不考虑损耗，重燃相对地过电压幅值=2倍稳态值-初始值=（-2-1.5）Em=-3.5Em。由于Co＜＜Cy，因此过电压主要加在电容器组的中性点与地之间。
此时过电压通过中性点传递到非重燃相
分析可知，单相重燃过电压发展的过程中有下列特点：
1）电容器极间的电压基本维持不变。
2）最大过电压在非重燃相。
3）非重燃相的过电压是由重燃相经过中性点对地电容传递的。
其次分析切电容器组时的两相重燃过电压。当三相电路已全部切断，各相断路器触头上的最大恢复电压分别为：
A相 ωt=180° Utrm=2.5Em
B相 ωt=300° Utrm=1.87Em
C相 ωt=240° Utrm=-1.87Em
图3 两相重燃的等值电路
三相电容电路中，首先切断的相的断路器触头上的恢复电压高，出现重击穿的可能性大，实际上由于A相单相重燃时回路的振荡频率很高，C0的电压将在很短的时间内上升，因此，A相断口的重燃一般都比较容易导致其他断口重燃，两相触头重燃的等值电路如图3所示。有关资料分析计算表明，电容器A、C相间过电压，即A、C间过电压幅值＝（-2×√3-2.37）Em＝-5.83Em，C相电容器极间将承受3.10倍过电压，B相电容器极间将承受2.73倍过电压。两相重燃过电压主要出现在电容器极间绝缘上，电容器对地电压并不一定很高。
2.2 限制措施
1）采用无重燃断路器。由于切断电容器组过电压是由于断路器重燃引起的，所以采用无重燃断路器是一项有效措施。但是，这项措施作为努力方向是对的，因为目前生产的一般真空断路器，做到完全不重燃是有一定困难的。在国外也是另加保护来限制其重燃过电压的。
2）装设金属氧化物避雷器。这是我国使用最多的限压措施。其接线方式如图4所示。
对于星形接线的电容器组，除了在电容器极间配置金属氧化物避雷器外，还需在电容器组中性点处配置金属氧化物避雷器，以限制中性点电位升高所引起的电容器对地电位的升高，如图4所示。
图4 星形接线电容器组的金属氧化物避雷器的配置
选择金属氧化物避雷器时，应注意的问题有：
1）金属氧化物避雷器的临界动作电压值U1mA对限制过电压大小和避雷器吸收能量的大小均起决定性作用，所以是一个十分重要的参数。它和金属氧化物避雷器的方波通流容量、电容器组的电容量一起构成了选择避雷器的三个必要条件。即当方波通流容量和电容器容量确定后，U1mA对系统设备的安全运行起决定性作用。目前我国变电所采用的电容器单相容量一般在6～8Mvar左右，用于保护并联补偿电容器的金属氧化物避雷器阀片的2ms方波通流容量一般为400～600A，因此U1mA值选在（2.3～2.5）Um的范围就能满足要求，其中Um为系统最高运行线电压。
2）对于容量较大的电容器组，由于受金属氧化物避雷器标称冲击电流下残压的限制，U1mA值不能太高，可采用多只避雷器并联的方法增加它的吸收能量。
3）由于金属氧化物避雷器具有负的温度特性，在小电流区域（U1mA就属于小电流区域）内，随着温度的升高电阻将下降，故金属氧化物避雷器的U1mA值不能选得太低，否则将使泄漏电流增大，阀片温度升高，缩短使用寿命。因此当金属氧化物避雷器的电阻下降到某一程度时或因承受不了再次重燃过电压所产生的能量，或因电阻值太低，致使避雷器在正常运行电压下动作，承受不了工频电流产生的能量，就会导致金属氧化物避雷器发生热崩溃。
3 整改建议
1）是否根据典型设计在开关柜内加装一组金属氧化物避雷器；
2）开关选择。按电容器装置设计技术规程要求，电容器装置采用分闸不重燃，合闸不弹跳真空断路器，额定电流大于1.35倍电容器最大工作电流。设计选用型号应验算开关设备容量，应考虑谐波放大电流影响，电流实际值比计算工频额定值增大因素。
参考文献：
[1]并联电容器装置设计规范，GB 50227-95.
[2]10～35kV户内高压真空断路器订货技术条件，DL 403-91.