第7讲操作过电压切空变

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,第12讲 操作过电压 -,切除电感性负荷过电压,80795842,1,切除空载变压器、消弧线圈、并联电抗器、电动机等电感性负荷是常见的操作，产生过电压的原因是,分断感性小电流时，发生截流现象,以,切除空载变压器为例,分析,切除电感性负荷,2,一、过电压产生原理,e,(,t,) ：电源,L,S,： 电源等值电感,C,S,：电源对地杂散电容,简化等值电路,L,：空载变压器的励磁电感,C,：变压器等值对地电容以及联线和电气设备的对地等值电容，几十,几千PF,L,K,：母线至变压器联系电感,DL：等值断路器的开关,3,工频下，通过,C,的电流,I,C,远小于通过变压器激磁线圈,L,的电流,I,0,（空载电流），流过断路器的电流可认为是,I,0,一、过电压产生原理,变压器激磁电流,I,0,是变压器额定电流,I,e,的0.54%，有效值约为几安至几十安，大小与铁芯材料有关，当采用优质铁磁材料时，,I,0,甚至是,I,e,的0.3%,4,电流的切断过程与断路器的灭弧能力有关,断路器采用,自能方灭弧,（一般油断路器），其灭弧能力与被分断电流大小有关，分断小的电流时息弧能力较弱，不会产生在电流过零前熄弧现象,断路器采用,外能式方法灭弧,（压缩空气、少油、真空等断路器），灭弧能力按切断短路电流来设计，分断较小的励磁电流时，,可能在电流过零前发生强制熄弧，在激磁电流很小时，甚至可在电流接近最大值时突然截断,，称为截流,一、过电压产生原理,5,截流前后变压器上的电压波形,(,a,) 截流在电流上升部分,(,b,) 截流在电流下降部分,能量观点：,在L - C回路中振荡,I,0,为截断电流,6,电流截流时，设激磁电流为,I,0,，对地电容C上的电压为,U,0,，因电感中的电流不能突变，向C充电，当全部磁场能量都转到电容的电场中时，由于,C,值小，电容电压很高：,0,在几百到几千Hz,7,由磁场能转化为电场能的过程中有损耗，铁心的磁滞损耗和涡流损耗，导线的铜损，引入磁能转化为电能系数,m,加以修正：,当,I,0,=,I,m,（,U,0,= 0）时，,U,cm,最大,8,解,取,，最大过电压倍数为,9,10,t,1,时，恢复电压已等于恢复强度，发生第一次重燃,二、影响因数,断路器触头间发生重燃,断路器性能和变压器参数,触头间的恢复电压和介质恢复强度,重燃后，电容,C,上电荷通过,C,-,L,K,-,C,S,回路高频振荡释放，其储能迅速消耗，电压下降到电源电压,恢复电压因高频振荡升高很快，而触头间的抗电强度有限,t,0,时截流，预期最大值,U,h1,t,2,时再次熄弧，电感向电容充电，恢复电压上升最大预期,U,h2,当恢复电压超过介质恢复强度，第二次重燃,11,二、影响因数,断路器触头间发生重燃,断路器性能和变压器参数,触头间的恢复电压和介质恢复强度,多次重燃使电感中的储能愈来愈少，直到恢复强度高于恢复电压最大值时，触头间不再重燃,用油断路器切除154kV空载变压器的实测波形，断路器多次重燃,12,二、影响因数,断路器的截流值,I,0,截流值,I,0,与断路器的性能和分断电流（即变压器的空载电流）均有关系,切空变过电压倍数,与分断电流的实验曲线,1一空气断路器 2一油断路器,压缩空气断路器，灭弧能力强，截流值比油断路器大，重燃次数也少，过电压较高,采用优质铁磁材料（冷轧硅钢片）的变压器，空载电流很小，只有几安培。因此，切空变过电压并不严重,13,二、影响因数,断路器的截流值,I,0,截流值,I,0,与断路器的性能和分断电流,I,L,（即变压器的空载电流）均有关系,切空变过电压倍数,与分断电流的实验曲线,1一空气断路器 2一油断路器,同一类型断路器，截流值,I,0,有较大分散性，但最大可能截断值,I,0max,值有限度,I,L,较小时，截流值,I,0,随,I,L,的增大而增大；,I,L,超过其最大可能截断的电流时，,I,0,不随,I,L,的增大而增大，过电压倍数也如此,14,回路的自振频率 ，通常为几百赫，超高压变压器容量大，采用纠结式绕组和静电屏蔽等，对地电容大，且多采用优质铁磁材料，激磁电感大，,f,0,只有工频的几倍，一般,m, 0.5,二、影响因数,变压器参数,回路参数,L,、,C,与变压器的额定电压,U,e,、,额定容量,S,e,、,结构以及对地电容等有关,15,二、影响因数,变压器参数,当变压器接有较长的线路或电缆时，由于增大了对地电容，切空变过电压大为降低,绕组中振荡电流产生的主磁通是链过整个铁芯，变压器另一侧对地电容也参与切空变的振荡回路，应按变比关系将电容归算到同一侧,由于电磁联系，切空变过电压使变压器接各绕组获得同样倍数的过电压值,16,、 比 的过电压值要高,、,110330kV,，,一般不超过,3p.u.,，个别达,6p.u.,、,35,110kV,，,一般不超过,4p.u.,，个别达,7p.u.,二、影响因数,变压器中性点接地方式,Y,Y,17,二、影响因数,实际的分闸过程十分复杂，断路器触头间也会发生重燃，由于截流和重燃过程的分散性，过电压也有明显的统计性质,18,三、限制措施,由于切空变时激磁电感中能量不大（过电压幅值高，但持续时间短），与阀型避雷器在雷电过电压动作时所吸收的能量相比，小一个数量级，所以用普通的阀形避雷器就能保护。当然，磁吹或氧化锌避雷器可以取代阀形避雷器,安装避雷器,校核避雷器的通流能力,确定避雷器的安装位置,19,阀型避雷器允许通过能量,10：避雷器阀片允许通过矩形波电流的宽度，,s,U,r,：避雷器通过幅值为,I,(kA)的雷电流时的残压值，kV,变压器绕组的空载磁能的估算,校核避雷器的通流能力,S,e,：变压器,额定容量，,kVA,S,0,：变压器空载功率，kVA,I,%：励磁电流标么值,20,例如,110kV三相变压器容量为31.5kVA、励磁电流为4,I,e,，切空变时绕组所贮最大磁能为,W,L,1336J,阀型避雷器FZ110J的5kA残压为332kV，其允许通过的能量为,W,AR,=16600J,可见，即使采用普通阀型避雷器，变压器也可以得到可靠的保护。当然，磁吹或氧化锌避雷器可以取代阀形避雷器,21,避雷器安装位置,安装位置应该在断路器的变压器侧，保证在断开后，避雷器仍留在变压器的连线上。在雷雨季节也不应退出,空载变压器从一侧被切除引起的过电压，其他绕组将通过电磁耦合按变比关系产生同样倍数的过电压，因此，只要绕组联结方式相同，避雷器安装在任何一侧均起到同样的保护效果，显然装在低压侧更经济而且维修方便,22,避雷器安装位置,如果两侧绕组联结方式不同，则需根据具体情况选择合适的避雷器。考虑到变压器高压绕组的绝缘裕度较中压及低压绕组低，以及限制大气过电压和其他类型操作过电压的需要，高压侧总是装有避雷器,23,开断高抗过电压,正常运行时吸收一定的无功，并储存在电感内,电感切除时，其储存的能量通过电感等值入口电容迅速释放，转化为电场能。因电感等值入口电容很小，会激发较高的过电压,24,某500kV开关站，高抗参数：L =6.42H，C =10000pF，取,=0.3，计算出不同并联电阻下的高抗开断过电压倍数,降低至3倍以下，并联电阻值大于5000，,从经济上或技术上都不可取,开断高抗的过电压与断路器并联电阻的关系,并联电阻 (,),过电压倍数,0,6.91,400,6.29,5000,3.11,25,国产(抚顺电瓷厂) MOA，额定电压为 444kV，其操作冲击电流下残压小于900kV（按GB11032-89规定），即将操作过电压限制在3倍以下。在实际进行的两次高抗切除试验时，在上述 MOA保护的情况下测得的开断过电压倍数,开断高抗的过电压实测值,序号,过电压倍数,A相,B相,C相,1,1.591,2.536,1.688,2,1.377,1.983,1.679,26,500kV氧化锌避雷器，其2ms方波通流容量达到1500A、20次。在1500A下，MOA的电压约为850kV，其允许通过的能量：,高抗额定电流：,I,r,=157A ，高抗电感：,L,=6.42 H,高抗绕组的最大能量：,检验避雷器的通流容量,27,电炉变压器击穿闪络事故,电弧炉变压器，额定电压为635kV，低压侧电压为150350V。其特点是空载操作十分频繁，在一昼夜的冶炼时间内，操作次数达3040次以上，为了减轻对开关设备的运行维护，,通常采用真空断路器,，它的截流能力特别强，将会引起概率很大和幅值极高的分闸过电压,28,限压保护措施,金属氧化物避雷器,阻容吸收装置,动作电压在3.5倍以上,实测到的分闸过电压在3.2倍以上,避雷器的动作次数过多,吸收电容器占去很大的空间位置,所能限制的过电压在2.5倍左右,29,大幅度限压器的原理,采用大容量的吸能器件，以便充分吸收励磁电感中的磁场贮能。电解电容器的电容大、体积小，是一种理想的限压器件,双极整流限压接线方式（单相）,D：整流桥,C：电解液电容器,R：泄流电阻,30,取 ，电容器电容为：,在正常运行情况下，,C,被充电至额定相电压的幅值,E,m,(换算到低压侧)，设截流在激磁电流的最大值,I,Lm,发生，过电压倍数为,K,n,按此式选择电容消除了过电压,31,习 题,83 82（书209）,32,Q & A,屠幼萍,typ,33,