操作过电压与谐振过电压的不同,如何防止过电压的产生? - 上海源倾电气有限公司
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操作过电压与谐振过电压的不同,如何防止过电压的产生?

电气系统的内部过电压触发的原因很多,既有线路参数匹配引起的工频过电压,也有开关操作时电弧复燃引起的操作过电压;此外还有电感负载负荷截流引起的过电压和电感电容串联引起的谐振过电压。内部过电压,特别是操作过电压引起的事故时有发生;据统计资料,一般工频过电压不会超过2倍相电压,管状电加热器切除空载线路引起的操作过电压和间歇性电弧引起的过电压不会超过3. 5倍相电压,铁磁谐振过电压不会超过3倍相电压。但是,实际运行经验证明,事故的发生往往是几种过电压叠加在一起, 过电压倍数有时高达额定相电压的7~8倍。

操作过电压

在6~35kV的中性点非直接接地系统中,当进行负载的起动或停止操作或发生事故时,由于开关触头间电弧重燃,运行状态发生突变,引起电容和电感元件之间电磁能量相互转换,出现一种振荡性过电压,即产生操作过电压。

(1)电动机起动合闸过电压

理论上认为,电动机合闸起动时,电动机机端产生的过电压为式中, 为合闸电压瞬时值;z为电动机冲击波阻抗;Z 为电缆冲击波阻抗。一般地,Z=100~5000Q,z =20~50Q,因此电动机合闸起动时,电动机机端产生的过电压可达2倍相电压。对于真空开关,触头闭合前往往会发生预击穿,电弧的燃弧和熄灭可达数十次,这种预燃过电压幅值较大且波前很陡,对电动机的绝缘可造成较大的威胁,电机产生过电压可装设电机型过电压保护器。

(2) 电动机起动状态分闸过电压

运行经验表明,在断开感性负载时,由于感性电流不在零点就被迫截断即所谓的截流,造成开关触头间电弧燃烧很不稳定,波形产生高频振荡,在电感回路中产生的突变电流会感应出很高的电压。

1)截流过电压由于真空断路器有良好的灭弧性能,当断开小电流时,真空电弧在过零前就熄灭。由于电流被突然切断,其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电,转变为电场能量。对于电机和变压器,特别是空载或容量小时,则相当于一个大的电感,且回路电容较小,因此会产生大的过电压。可以产生很高的过电压,但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗以及发生击穿,对过电压值有相当的抑制作用。但这种抑制作用是有限的,不能消除过电压。因此,特别是对电感负载在采用真空断路器作为操作元件时,应加装过电压保护器,过电压保护器型号有很多种,用户可根据自己的保护对象来选型。

2)三相同时断开过电压是由于断路器首先断开相弧隙产生重燃时,流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零,致使未开断相随之被切断,在其余两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象,从而产生更高的操作过电压。所产生的过电压是加在相与相之间的绝缘上。在开断中小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压,所以要安装三相组合过电压保护器。

谐振过电压

对于复杂的电气系统,由一系列具有不同自振频率的振荡回路组成,其振荡条件为感抗和容抗相等,即 一 ,或∞L= , 因此谐振频率(固有自振频率)fo = 。管状电加热器在进行开关操作或发生系统单相接地时,由于瞬变过程电源波形会引起某种变化,非正弦的电源波形含有一系列的谐波。当电路中的自振频率之一与电源谐波频率之一恰好相等时,就会发生这一频率的谐振过电压。谐振是一种稳定现象,谐振过电压的持续时间可能很长,一旦发生,往往造成严重的后果。

铁磁谐振过电压,正常情况下,电路中电感大于电容,但由于某种原因使电感电压升高, 电感磁饱和,感抗减小,出现感抗与容抗相等,甚至感抗小于容抗形成相位反转,引起铁磁谐振,激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压,铁磁谐振过电压不会超过3倍相电压,实践表明,大多在1.5~2倍之间。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。这种谐振产生的过电压的幅值虽然不高,但因过电压频率往往远低于额定频率,铁心处于高度饱和状态,其表现形式可能是相对地电压升高、励磁电流过大或以低频摆动,引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示。严重时还可能诱发保护误动作或在电压互感器中出现过电流引起TV烧坏。尽管10kV装设了一次消谐器,但一次消谐器是在发生谐振以后才会起作用,铁磁谐振可以持续较长时间,只是由于一次消谐器的作用,谐振持续时间很短,但并不能从源头杜绝谐振。

无论是操作过电压、线性谐振,还是铁磁谐振,都应在10kV母线侧装设了过电压保护器、一次消谐器。

电力系统中,负载起停频繁,操作过电压特别是真空开关操作时极易产生过电压。由于电路是由电感、电容和电阻构成的复杂电路,可以组合成一系列具有不同自振频率的振荡回路。在进行开关操作或出现其他异常时,由于瞬变过程电源波形会引起某种变化,非正弦的电源波形含有一系列的谐波。当电路中的自振频率之一与电源谐波频率正好相等时,就会出现这一频率的谐振过电压。过电压一旦发生,往往造成严重的后果。因此在中性点不接地系统中,管状电加热器除应在每组电压互感器的高压绕组中性点装一只一次消谐器,进行有效地限制弧光接地过电压和消除铁磁谐振外,还应在相应部位装设合适的过电压保护器来限制各种过电压。此外,设备选型也很重要,如果选型不合适和质量存在问题,即便采取再好的措施也难避免事故的发生。