斷路器電容器與斷路器的斷口相并聯，用以改善斷口上的電壓分布及降低恢復電壓的上升率。本文介紹了選擇斷路器電容器的額定電壓和額定電容量的方法。
關鍵詞：斷路器電容器；參數；選擇
1 引言
斷路器是電力系統中最重要的控制和保護設備［1］。它安全可靠的操作和運行，對確保電力系統的安全穩定運行和可靠供電起著十分重要的作用［2］。這主要表現在兩個方面［1］：第一，正常狀態下，根據電網運行需要，將一部分電力設備或者線路投入或退出運行。第二，當發生故障時，將故障部分從電網快速切除，保證電網中的無故障部分正常運行。
110kV及以上電壓等級的斷路器一般均采用多個滅弧室（斷口）串聯的積木式結構。盡管各個滅弧室內部結構相同，布置也是對稱的，但由于對地電容的存在，每個斷口在斷路器開斷過程中的恢復電壓分布和斷路器在開斷位置時各斷口的電壓分布都是不均勻的。所以多斷口斷路器的各斷口要并聯斷路器電容器，使各斷口電壓分布均勻。除此以外，斷路器電容器還可以降低恢復電壓的上升率［3］。
2 額定電壓的選取
選取斷路器電容器的額定電壓應該考慮發生故障時斷路器所承受的電壓和斷路器的斷口數這兩個主要參數。實際運行中，為了使受電端電壓不致太低，系統供電端電壓略高于系統的標稱電壓UN。電力系統的最高運行電壓Um為：
Um＝kUN （1）
按照國家標準，220kV及以下系統的k為1.15，330kV及以上系統中k＝1.1［4］。
有n個斷口的斷路器電壓均勻分布時，每個斷口承受的電壓Uc為：
r：斷口電壓不均勻系數，通常取1．1。
將UN和n以及相應的k代入式（1）、（2）中就可以求出每個斷路器電容器承受的電壓Uc，對照國家標準［3］的規定，選擇與Uc最接近而稍大的額定電壓值。
以500kV兩斷口斷路器為例，按式（2）算得Uc＝174．7kV。GB/T4787－1996中電容器額定電壓（kV）為40、90、120、180、240、360。所以應選取額定電壓為180kV的電容器。
除此之外，還應考慮斷路器電容器與斷路器的絕緣配合問題。國家標準［3］規定，斷路器電容器應能承受表1所列的耐受電壓。（海拔不超過1000m。海拔超過1000m者按GB311．1的海拔校正系數進行校正。）
表1 斷路器電容的絕緣水平（Kv）
電容器額定電壓 | 額定短時工頻耐受電壓（有效值） | 2h工頻耐受電壓（有效值） | 額定雷電沖擊耐受電壓（峰值） | 額定操作沖擊耐受電壓（峰值） |
40 | 130 | 80 | 360 | 205 |
90 | 260 | 180 | 590 | 380 |
120 | 325 | 240 | 775 | 615 |
180 | 460 | 360 | 1110 | 760 |
240 | 580 | 480 | 1380 | 1095 |
360 | 790 | 720 | 1985 | 1350 |
我國對500kV斷路器絕緣水平的規定值見表2［2］。
由表2可見，500kV斷路器的絕緣水平分為四級，即基本沖擊水平分為1425、1550和1675kV三級；基本操作沖擊水平分為1050和1175kV兩級；1min相對地工頻耐壓分為630、680和740kV三級。必須注意的是：斷路器斷口試驗電壓比相對地試驗電壓要高。
表2 500kV斷路器（額定電壓為550Kv）的絕緣水平（Kv）
序列號 | ① | ② | ③ | ④ |
額定雷電沖擊耐受電壓（峰值） | 相對地 相間 斷口 | 1425 1425 1425 +315 | 1550 1550 1550 +315 | 1550 1550 1550 +315 | 1675 1675 1675 +315 |
1min工頻耐受電壓（有效值） | 相對地 相間 斷口 | 630 630 790 | 630 630 790 | 680 680 790 | 740 740 790 |
額定操作沖擊耐受電壓（峰值） | 相對地 相間 斷口 | 1050 1675 1175 1050 +450 | 1050 1675 1175 1050 +450 | 1175 1800 1175 1050 +450 | 1175 1800 1175 1050 +450 |
在選取斷路器電容器時，還應根據表2對絕緣水平進行校核。以上述500kV斷路器為例，每個斷口的1min工頻試驗電壓為790/2＝395kV。每個斷口的雷電沖擊試驗電壓最高為（1675＋315）/2＝995kV。操作沖擊試驗電壓最高為（1050＋450）/2＝750kV。而由表1可知，額定電壓為180kV的斷路器電容器能夠耐受1min工頻試驗電壓為460kV，雷電沖擊電壓為1110kV，操作沖擊電壓為760kV。都大于500kV斷路器的相應的耐受電壓，所以選取斷路器電容器的額定電壓為180kV能滿足要求。
3 額定電容量的選取
當斷路器開斷接地時，其結構見圖1，計算斷口電壓分布的等值電路見圖2。
未并聯斷路器電容器時：
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一般地，Ce和Cc為幾十個微微法，相差不大，若取Cc＝Ce，則U1＝2U/3，U2＝U/3。第一個斷口承受的電壓是第二個斷口的兩倍。
斷口并聯斷路器電容器C后：
斷路器電容器的電容量C為幾千個皮法［3］，遠遠大于斷路器斷口電容Cc，因此U1≈0．5U，U2≈0．5U。
可以看出，斷路器加裝斷路器電容器以后，各個滅弧室（斷口）的電壓分布基本均勻。
斷路器電壓等級的提高可以通過滅弧室（斷口）的串聯來實現。串聯的斷口增加后，要做到電壓完全均勻分配在每個斷口上，需要并聯電容量很大的斷路器電容器，這是很不經濟的。實際上，可以允許各斷口電壓之間有一定的差異，通常用不均勻系數n來表示。所謂不均勻系數就是指斷口上實際承受的電壓與電壓均勻分配時每一個斷口上承受的電壓的比值［1］。一般r≤1．1。
下面分別以兩斷口和四斷口斷路器為例，分別說明如何選取額定電容量。
（1）兩斷口斷路器
比較式（5）與式（6）可見：U1＞U2，即第二個斷口上的電壓小于0．5U，因此只要計算第一個斷口的電壓不均勻系數即可。
第一個斷口的不均勻系數r1滿足：
（2）四斷口斷路器
將兩個兩斷口斷路器串聯，并且在中間增加一個支撐絕緣子柱，就形成了一個四斷口斷路器。圖3是四斷口斷路器的等效電路圖。顯然四斷口時電壓分布比兩斷口時更不均勻。
為了計算方便，對原電路進行Δ→Y變換（見圖4），得到等效電路圖（圖5）。
每個斷口都并聯斷路器電容器C后，
根據經驗，假定Ce1＝Ce3＝3Cc，Ce2＝Cc，Ch＝Cc/3。表3中給出了斷路器電容器電容量C改變時各斷口的不均勻系數r的值。
表3 斷口電壓分布
計算結果表明，當斷路器電容器的電容量C＝20Cc時，不均勻系數已小于1．1，能夠滿足均壓的要求。
若忽略斷口間的電容Ch，各斷口的不均勻系數見表4。
這種情況下，當斷路器電容器的電容量C＝90Cc時，不均勻系數已小于1．1。
對比表3和表4，可以看出：如果忽略斷口間的電容Ch，計算所得的斷路器電容器的電容量要比考慮Ch時的大。
事實上，斷路器電容器除了具有均壓作用以外，還具有降低恢復電壓上升率的作用。因此國標GB/T 4787－1996推薦的額定電容值均不小于1000pF，比上述按均壓要求算得的值要大（采用陶瓷電容器時，由于制造大電容量的電容器有困難，其電容值一般均為數百微微法）。
4 結語
斷路器電容器并聯在斷路器斷口上，使得斷口上的電壓分布均勻，并且可以降低恢復電壓的上升率。
斷路器電容器的額定電壓主要決定于系統最高運行電壓和斷口的個數。除此以外，還應該考慮與斷路器的絕緣配合。
斷路器電容器的額定電容量不僅應該滿足斷路器各斷口電壓分布均勻的要求，而且還應起到降低恢復電壓上升率的作用。因此實際選取的斷路器電容器的額定電容量要比只考慮均壓作用時的要大。
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