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摘要：目前，随着经济的发展，我国的电力行业的发展也有了很大的改善。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。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。
关键词：电抗器过电压；吸收装置；应用分析
引言
随着城市的快速发展及城市规划与用地的限制，我国大城市逐步建成不少地下变电站及附件式变电站，变电站电抗器需安置于室内楼板或地下建筑物内，电力设备振动会引起建筑物的受力结构构件（梁、楼板）产生谐振，导致结构受损。因此，针对户内变电站电抗器对建筑物产生的振动问题进行了分析。
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，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。
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GB311.1—2012《高压输变电设备的绝缘配合》及DL/T840—2016《高压并联电容器使用技术条件》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。
2.1串联电抗器过电压吸收装置
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。
2.2并联电抗器过电压吸收装置
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。（1）故障脱离单元。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。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。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。
3电抗器振动分析
220KV星海变电站工程拟在-5.0m层一字型布置12台21kV干式电抗器。额定容量为10000kVar，额定电压为21kV，额定电流为275A，额定电抗器为75Ω。单台电抗器重20t，电抗器外形尺寸：长3895mm，宽1600mm，高2995mm。设备振动的基频为100Hz。为了降低电抗器振动对楼板及建筑物的影响，有必要采取有效的隔振措施。电抗器隔振技术是在电抗器的底部或基础底部设置隔振层，通过调整隔振层的刚度和阻尼参数，减少电抗器本体的振动向安装基础、地基及周边结构的传递。为了工程上的简便计算，人们常采用集中质量方法建立设备隔振的分析模型，一般的简化处理方法是忽略基座的影响。由于地基是半无穷大空间，直接将其简化为刚性连接为得到好的隔振效果，必须使频率比大于2；在隔振区内，频率比λ越大，隔振效果越好，因此必须使隔振系统具有较低的固有频率fn，即设计合适的隔振器刚度，一般可以取f/fn=2.5~5；为了达到隔振率T＞90%，可以选取f/fn=6。阻尼比的减振效果主要集中在非隔振区，在隔振区隔振率往往随阻尼比的增大而变小。因此，一般取阻尼比ξ为5%～20%。按照电抗器的基频f=100Hz，可求得fn=16.7Hz，根据混凝土基础的设计质量、电抗器的质量可求得隔振层的总刚度ΣK。由于该接地螺栓为导磁材料，所以造成其发热的原因可能有两种：一是处于交变磁场中，螺栓内部产生感应电动势，从而产生电流。该电流在导磁材料内的分布与磁场分布以及材料表面形状有关，各部位电流不同从而形成涡流；二是电抗器交变磁场范围内存在闭合金属回路，出现环流，根据焦耳定律可得，回路中阻值较大的部位发热较为严重，即支持柱下方接地片螺栓连接处。为明确发热原因，在电抗器下方同高度、同位置处用绝缘绳悬挂同材质、同规格的螺栓。该螺栓在磁场中放置一段时间后，检查其并无异常发热，基本可以排除是由涡流造成的发热，因此可进一步推断出磁场经过闭合回路产生环流是造成螺栓发热的真正原因。
结语
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。
参考文献：
[1]胡鹏，周勇，杨新增，等.剖析无功补偿装置中串联电抗的绝缘击穿[J].电测与仪表，2015，52（5）：114-117.
[2]杨扬，梁青，范永奎.串联电抗器在无功补偿装置中接入分析[J].云南电力技术，2016，44（6）：66-68.
[3]金超亮，周原，李化，等.220kV母线高压电抗器投切对电力系统的影响[J].广东电力，2017，30（5）：119-123.
[4]张森峰，商立群.并联电容器组分闸重燃过电压仿真[J].高压电器，2011（12）：1-5.
[5]刘书铭，李琼林，杜习周，等.无功补偿电容器组串联电抗器组串联电抗器的参数匹配[J].电力自动化设备，2012，32（4）：145-150．