操作过电压.doc

一：产生操作过电压的原因，是由于电力系统的许多设备都是储能元件，在断路器或隔离开关开断的过程中，储存在电感中的磁能和储存在电容中的静电场能量（电能）发生了转换、过渡的振荡过程，由振荡而引起过电压。 操作过电压的特点是持续的时间通常比雷电过电压长，而又比暂态过电压短。一般在数百微秒到100ms之间，并且衰减的很快。通常可以利用标准操作冲击波来模拟。 电力系统发生操作过电压的原因很多，一般有以下几种情况：（l）切断电感性负载而引起的操作过电压。 例如切断空载变压器、消弧线圈、电抗器和电动机等引起的过电压。（2）切断电容性负载而引起的操作过电压 例如切断空载长线路、电缆线路或电容器组等引起的过电压。（3）合上空载线路（包括重合闸）而引起的操作过电压。 例如具有残余电压的系统在重合闸过程中，由于再次充电而引起的重合闸操作过电压。此外，还有间歇性弧光接地、电力系统因负荷突变或系统解列、甩负荷而引起的操作过电压。在这种情况下，通常系统以操作过电压开始，接着还会出现持续时间较长的暂态过电压。二：真空断路器操作过电压分析与限制措施浅析 1 真空断路器开断过电压简介 真空断路器在开断变压器、高压电动机等感性负载时产生的操作过电压可分为截流过电压、多次重燃过电压和三相同时开断过电压三类。 1.1 截流过电压 由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭；又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。对于电机和变压器空载或容量较小时，其相当于一个大的电感且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲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，对过电压值有一定的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此特别对感性负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。 1.2 多次重燃过电压 多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生后穿，断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。 1.3 开断过电压 三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，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，在其他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。 真空断路器开断高压电动机时产生的操作过电压的特点为，在通常的情况下开关截流和多次重燃时，在相间过电压为对地过电压的1.5倍，而开关三相同步截流时，相间过电压为对地过电压的2倍。真空断路器开断高压电动机时，特别是在开断启动过程中的电动机时，相间操作过电压可能4倍的额定电压，严重危及电动机的绝缘。 2 三相过电压保护器应满足的条件 在冶金、化工、煤炭、石油等行业中为避免由于真空断路器产生的操作过电压，特别是相间过电压对系统的危害，10kV厂用电系统中的广泛采用氧化锌避雷器来限制操作过电压。过电压保护器应当满足以下条件： (1)为能有效地防止过高的操作过电压对电气设备的绝缘造成危害，过电压保护器的保护水平应低于被保护对象的电气设备的绝缘冲击耐压水平； (2)由于电气设备的相间绝缘水平与相地绝缘水平一致，因此过电压保护器的相间保护水平与相地保护水平也应一致； (3)在正常和单相接地工况并考虑了电压波动15情况下，过电压保护器自身应能安全可靠地运行。对于由氧化锌避雷器构成的无间隙的过电压保护器，荷电率是表征氧化锌阀片在某一电压下长期运行的寿命指标，氧化锌阀片的荷电率为：（式1） 其中，Ue为设备的额定电压，U1mA为氧化锌阀片直流lmA参考电压。在设计及使用中，荷电率应16.5kV，而氧化锌避雷器相对地操作冲击电流100A的残压力： U100A=K1U1mA 式中定义残压比K1=U100A/U1mA，若能达到K1=1.4已是较高的氧化锌阀片制造水平，故有： U100A=1.416.5=23.1kV 在开关断弧截流和多次重燃时，相间过电压为相对地过压的1.5倍，则有： U相同=1.5U1mA=1.5x23.1=34.7kV 在开关三相同步截流时，相间过电压是相对地电压的2倍，则有： U相同=2xU1mA=223.1=46.2kV 根据以上计算分析，在6kV厂用电系统中，现有的氧化锌避雷器(MOA)在中性点非有效接地系统中，其相对地间的操作过电压的保护是可以达到要求的，但持续的运行电压会对氧化锌阀片造成损坏，并且相对相间的操作过电压是根本起不到保护作用的。为此，必须考虑采用更加有效的、可靠的过电压保护装置，以确保10kV厂用电系统及设备的安全。 4 TBP三相组合式过电压保护器的优越性 在现有的10kV厂用电系统中，普遍采用的是在母线上安装三星形接线的氧化锌避雷器(MOA)，根据上述的分析可以明确看到：氧化锌阀片的持续运行电压对阀片的老化损坏影响是很严重的，其次它对相间过电压的幅值起不到保护作用，故高压电机的绝缘击穿，相间导体发生闪络短路现象仍时有发生。 为此，我分析并参考了有关厂家的技术资料后，认为采用带串联间隙的氧化锌避雷器(带间隙的MOA)，并将原有的三星形接线方式改变为四星形接线，即三叉戟式过电压保护器(简称TBP)可以满足并实现抑制相同过电压的效果，其优越性详见如下分析。 4.1 TBP过电压保护器采用了间隙和氧化锌阀片组成 这种组成方式使两者互为保护，使正常运行中无持续的运行电压，阀片的老化问题得以解决，其次间隙在续流时易损坏，可氧化锌阀片能使之无续流，两元件发挥各自优点，又弥补了各自的缺点。 4.2 TBP过电压保护器采用了四星形接线 这种接线方式可将相间过电压大大降低，据有关数据测量与常规避雷器相比，相间过电压下降了6070，可靠地保护了设备(如图2所示)。 4.3 采用了性能良好的氧化锌阀片 间隙动作后，立即熄弧，无续流，无截波。间隙不再承担灭弧任务，通流量减小，其寿命达到100000次以上，并且间隙结构简单，数量较小，其冲击系数可以为1，放电电压不随放电波形变化而变化，保护的性能优良。 4.4 相对地、相对相保护电压值降低 TBP过电压保护器可令相对地、相对相保护水平相同，保护电压值降低，可将操作过电压可靠地限制在被保护设备的绝缘允许范围内。 5 结束语 采用带串联间隙的四星型接法的氧化锌避雷器，受三叉戟式过电压保护器(简称TBP)可以满足并实现抑制相间过电压的效果，解决了三星形接线的氧化锌避雷器(MOA)无法保护相对相间的操作过电压的缺陷，可将真空断路器产生的操作过电压可