CN103456491A - 用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，包括芯子、浸渍液、电容箱壳和出线套管，芯子安装在电容箱壳内，浸渍液填充于芯子的内部空隙、芯子与电容箱壳之间的空隙和出线套管的内部，出线套管安装在电容箱壳的顶端，出线套管的顶部设有用于连接高压线路的接线端子，芯子包括若干个串并联连接的电容元件、绝缘件和芯子引出线。本发明的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，电容值达到要求的0.1μF~0.3μF，结构简单且安装方便，场地需求小，适用于已竣工工程需要加装电容器的场合，制作成本低、降低过电压的幅值和频率效果明显、安全可靠、使用寿命长，具有良好的应用前景。

Description

用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器

技术领域

本发明涉及一种用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，属于高电压输变电技术领域。

背景技术

随着城市电网中110kV和220kV长电缆的应用，需要主变低压侧（10kV、20kV和35kV）使用并联电抗器进行补偿。目前，10kV和20kV并联电抗器均采用真空断路器进行投切，35kV通常采用SF6断路器，少量使用真空断路器，真空断路器在投切电抗器时极易因截流和多次重燃而产生很高的操作过电压，往往会超出电力设备的绝缘水平致使其损坏，从而对电力设备和电网系统的安全稳定运行造成严重威胁。

近年来，频繁出现真空断路器投切电抗器时因产生操作过电压导致所用变、母联开关闪络等故障，甚至引起开关柜爆炸等严重事故，因此，采取合理的措施抑制真空断路器投切并联电抗器产生的操作过电压，对于保证设备和电网的安全运行具有重要意义。

真空断路器切除电抗器操作过电压主要有截流过电压和重燃过电压，其中截流过电压是由于真空断路器的灭弧能力强，使电流强迫过零提前关断，并联电抗器中残余的能量较高，会与杂散电容产生电磁振荡而导致过电压，忽略阻尼作用，根据能量守恒定律可推导出单相电抗器截流过电压的估计值，

$\frac{1}{2}{\mathrm{CU}}_0^2+\frac{1}{2}{\mathrm{LI}}_{\mathrm{ch}}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{CU}}_m^2$

上式中，L——电抗器电感量；I_ch——截流幅值；C——电抗器绕组对铁心、电缆等对地的等效电容；U_m——等效电容上的电压最大值；U₀——等效电容上的初始电压，其中

振荡频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}.$

由上式可以看出真空断路器截流值越高、杂散电容越小，截流过电压越高，在三相系统的截流过电压更为复杂，但其原理相同；

重燃过电压是由于断路器在开断时，如果被开断的负荷侧暂态恢复电压及其上升率高于断口绝缘强度的恢复能力和恢复速度，电弧就会在瞬间将断口击穿，产生重燃，并在重燃相上产生重燃过电压，在其它相上产生感应过电压，随后高频暂态电流出现截流，再次出现重燃过电压，多次出现该过程会导致过电压越来越高。

常规限制真空断路器操作过电压的措施是在电抗器侧和母线侧安装相对地的避雷器，然而避雷器只能限制过电压的幅值，不能改变频率和陡度，也不能保护相间绝缘，因而难以遏止故障的发生。由截流过电压和重燃过电压产生的原理可知，在并联电抗器回路安装适当参数的电容器可有效抑制过电压，降低过电压的幅值和频率，而现有的电容器结构和容值不满足要求，不能直接进行应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，本发明提供的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，用于抑制10kV～35kV真空断路器操作过电压，成本低、降低过电压的幅值和频率效果明显、安全可靠、结构简单紧凑、安装使用方便、使用寿命长，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：包括芯子、浸渍液、电容箱壳和出线套管，所述芯子安装在电容箱壳内，所述浸渍液填充于芯子的内部空隙、芯子与电容箱壳之间的空隙和出线套管的内部，所述出线套管安装在电容箱壳的顶端，所述出线套管的顶部设有用于连接高压线路的接线端子。

前述的一种用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述芯子包括若干个串并联连接的电容元件、绝缘件和芯子引出线，各电容元件设有电容器承载电荷的极板，场强为35V/μm，所述绝缘件用于各电容元件之间、芯子、芯子引出线与电容箱壳的绝缘，所述芯子引出线为若干个串并联连接的电容元件汇总的接线结构，与出线套管相连接。

前述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述电容器承载电荷的极板由两层铝箔和做为两层铝箔之间绝缘介质的多层聚丙烯薄膜经卷绕而成，所述芯子引出线的外表面设有绝缘件。

前述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述绝缘件为电容器纸。

前述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述电容箱壳为薄钢板或不锈钢板焊接制成的全密封结构，所述电容箱壳的顶端设置用于安固定出线套管的法兰底座，所述电容箱壳的两侧分别焊有吊装攀，所述吊装攀上设有接地装置，所述电容箱壳体的外侧还有加强筋，所述电容箱壳体的底部设有安装地脚。

前述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述电容器在10kV级下的极壳绝缘水平为65/125kV，在20kV级下的极壳绝缘水平为70/170kV，在35kV级下的极壳绝缘水平为140/325kV。

前述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述出线套管为空心瓷质套管。

本发明的有益效果是：本发明的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，由芯子、浸渍液、电容箱壳和出线套管组成，对于电容箱壳的极壳绝缘水平，10kV级选取65/125kV、20kV级选取70/170kV、35kV级则根据用户实际需求确定，采用了有效面积较小的电容极板，减小了单个元件的电容和结构尺寸，同时增加串并联元件的总数量，从而使电容器电容值达到要求的0.1μF～0.3μF，极间与极壳的绝缘裕度较高，电容元件的电容值非常小，结构简单且安装方便，场地需求小，适用于已竣工工程需要加装电容器的场合，安装在10kV～35kV系统中可有效抑制真空断路器投切并联电抗器所产生的操作过电压，成本低、降低过电压的幅值和频率效果明显、安全可靠、结构简单紧凑、安装使用方便、使用寿命长，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器的结构示意图。

图2是本发明的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器的侧视图。

图3是本发明的电容器承载电荷的极板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1及图2所示，本发明的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，包括芯子、浸渍液、电容箱壳1和出线套管2，芯子安装在电容箱壳内，浸渍液填充于芯子的内部空隙、芯子与电容箱壳1之间的空隙和出线套管的内部，出线套管2为两个，安装在电容箱壳1的顶端，用于外接高压线路的正、负级，出线套管2的顶部设有用于连接高压线路的接线端子3，所述芯子包括若干个串并联连接的电容元件、绝缘件和芯子引出线，各电容元件设有电容器承载电荷的极板，各电容器元件进行一定的串并联组合而成，电压越高，电容元件串联数越多；容值越小，电容元件并联数越多，一般并联电容器的容值都有一定下限，而0.1μF～0.3μF的容值已超出常规电容器容值下限范围，这里选取场强为35V/μm的电容元件，电容器承载电荷的极板的效面积较小，从而减小了单个电容元件的电容和结构尺寸，同时增加总电容元件的数量，由此可以达到一定的串并联数，具体的面积和串并联数目需要根据现场需求计算获得，从而达到0.1μF～0.3μF的容值下限，因此本发明的新型并联电容器的极间与极壳的绝缘裕度较高，电容值满足非常小的下限，场地需求小，适用于已竣工工程需要加装电容器的场合，如图3所示，电容器承载电荷的极板由两层铝箔4和做为两层铝箔之间绝缘介质的多层聚丙烯薄膜5经卷绕而成；所述绝缘件用于各电容元件之间、芯子、芯子引出线与电容箱壳1的绝缘；所述芯子引出线为若干个串并联连接的电容元件汇总的接线结构，与出线套管2相连接，且芯子引出线的外表面设有绝缘件，绝缘件均为电容器纸制成。

所述电容箱壳1为薄钢板或不锈钢板焊接制成的全密封结构，电容箱壳1的顶端设置用于安固定出线套管2的法兰底座6，电容箱壳1的两侧分别焊有吊装攀7，吊装攀7上设有接地装置，电容箱壳体的外侧还有加强筋，电容箱壳体的底部设有安装地脚8，电容器在10kV级下的极壳绝缘水平为65/125kV，在20kV级下的极壳绝缘水平为70/170kV，在35kV级下的极壳绝缘水平为140/325kV（框架式电容器组），比国家标准下10kV、20kV、35kV产品的极壳绝缘水平42/75kV、65/125kV、95/185kV有明显的提高，这是为了满足现场作为过电压保护器件的要求，对壳绝缘增加了裕度，确保满足使用要求，实现的方式通过增加电容器心子绝缘外包的厚度、增加电容器套管的爬距来提高电容器的对壳绝缘。

所示出线套管2为空心瓷质套管，出线套管2的顶部是与高压线路相连接的接线端子3，内部引线与芯子引出线相连接，出线套管2本身与接线端子的带电部位以及箱体绝缘。

下面结合工程应用实例，对本发明进一步说明：

针对220kV变电站的20kV系统侧在用真空断路器切除电抗器的过程中，出现了操作过电压，导致系统跳闸故障，故障前该系统中安装了避雷器，未安装本发明的并联电容器，以该变电站20kV侧主接线运行方式为背景进行建模，模型，包括电源、主变、接地变、杂散电容等采用典型参数，假设在切除其中一台电抗器时，断路器A相发生截流，截流值为5A，B、C相电流过零关断，对在电抗器侧未安装与安装并联电容器两种情况下的截流过电压进行仿真计算，母线上操作过电压的计算结果对比见表1所示，电抗器的操作过电压额计算结果对比见表2所示，

表1并联不同电容值的并联电容器的母线操作过电压

电容/uF	不并联电容	0.01	0.1	0.2	0.3	0.5	1
								母线过电压/kV	66.802	31.244	31.201	30.811	30.383	29.662	27.949
过电压倍数/p.u.	4.091	1.913	1.911	1.887	1.861	1.816	1.712

表2并联不同电容值的并联电容器的电抗器操作过电压

电容/uF	不并联电容	0.01	0.1	0.2	0.3	0.5	1
								电抗器过电压/kV	77.339	27.985	20.324	22.308	21.968	21.261	20.605
过电压倍数/p.u.	4.736	1.714	1.245	1.366	1.345	1.302	1.262

由表1和表2的计算结果可知，电抗器侧未安装并联电容器时母线和电抗器上的过电压很高，超过了4.0p.u.，安装了本发明的并联电容器后可明显降低母线和电抗器的操作过电压水平，并联电容越大，过电压水平越低，并联电容分别为0.1μF、0.2μF、0.3μF、0.5μF、1μF、2μF和3μF时，操作过电压水平分别降低53.16%、53.81%、54.45%、55.53%、58.10%、62.42%和65.92%，电容值在0.3μF之后，操作过电压的降低程度不明显，由此可见，安装本发明的新型并联电容器，能够达到0.1μF～0.3μF的容值下限，可有效降低真空断路器投切电抗器时的操作过电压。

综上所述，本发明的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，由芯子、浸渍液、电容箱壳和出线套管组成，对于电容箱壳的极壳绝缘水平，10kV级选取65/125kV、20kV级选取70/170kV、35kV级则根据用户实际需求确定，采用了有效面积较小的电容极板，减小了单个元件的电容和结构尺寸，同时增加串并联元件的总数量，从而使电容器电容值达到要求的0.1μF～0.3μF，极间与极壳的绝缘裕度较高，电容元件的电容值非常小，结构简单且安装方便，场地需求小，适用于已竣工工程需要加装电容器的场合，安装在10kV～35kV系统中可有效抑制真空断路器投切并联电抗器所产生的操作过电压，成本低、降低过电压的幅值和频率效果明显、安全可靠、结构简单紧凑、安装使用方便、使用寿命长，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：包括芯子、浸渍液、电容箱壳和出线套管，所述芯子安装在电容箱壳内，所述浸渍液填充于芯子的内部空隙、芯子与电容箱壳之间的空隙和出线套管的内部，所述出线套管安装在电容箱壳的顶端，所述出线套管的顶部设有用于连接高压线路的接线端子。

2.根据权利要求1所述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述芯子包括若干个串并联连接的电容元件、绝缘件和芯子引出线，各电容元件设有电容器承载电荷的极板，场强为35V/μm，所述绝缘件用于各电容元件之间、芯子、芯子引出线与电容箱壳的绝缘，所述芯子引出线为若干个串并联连接的电容元件汇总的接线结构，与出线套管相连接。

3.根据权利要求2所述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述电容器承载电荷的极板由两层铝箔和做为两层铝箔之间绝缘介质的多层聚丙烯薄膜经卷绕而成，所述芯子引出线的外表面设有绝缘件。

4.根据权利要求2或3所述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述绝缘件为电容器纸。

5.根据权利要求1所述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述电容箱壳为薄钢板或不锈钢板焊接制成的全密封结构，所述电容箱壳的顶端设置用于安固定出线套管的法兰底座，所述电容箱壳的两侧分别焊有吊装攀，所述吊装攀上设有接地装置，所述电容箱壳体的外侧还有加强筋，所述电容箱壳体的底部设有安装地脚。

6.根据权利要求1所述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述电容器在10kV级下的极壳绝缘水平为65/125kV，在20kV级下的极壳绝缘水平为70/170kV，在35kV级下的极壳绝缘水平为140/325kV。

7.根据权利要求1所述的用于抑制真空断路器操作过电压的新型并联电容器，其特征在于：所述出线套管为空心瓷质套管。

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