16 操作过电压-电弧.ppt

操作过电压-间歇电弧接地过电压,间歇电弧接地过电压,中性点不接地电网发生单相接地不改变电源变压器三相绕组电压的对称性，接地电流一般不大非故障相电压升高，对60kV及以下的电网，绝缘上投资不会显著增加不必立即切除线路，允许带点故障运行一段时间（一般不超过2h），以便运行人员找出故障并排除,Uxg为系统最高运行相电压,接地电流每次通过零点，电弧有一个暂时性熄灭，电弧是否重燃取决于弧道恢复电压、介质绝缘强度两者之间的相对关系。当Ijd太小时，由于绝缘强度恢复很快，难以再次击穿当Ijd太大时，暂时性熄灭的时间微不足到，可以认为电弧是稳定燃烧当Ijd为数安至数百安时，电弧暂时性熄灭约半个工频周期，再度击穿，同时引起电网中电磁能的强烈振荡，产生电弧接地过电压,10kV电网，l1000km，Ijd30A35kV电网，l100km，Ijd10A由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，在几秒至几十秒内自行熄灭,接地电流继续增大，在几百安的范围内，接地电弧一般不能自熄。,弧光接地过电压引起的事故,1998年10月25日，北京西罗园站10kV线路单相接地，引发了10kV避雷器爆炸、开关柜损坏以及10kV4号、5号母线停电事故，并出现人员伤亡,1998年7月21日，北京北土城站10kV，5号母线发生单相接地，在查找故障线路的操作过程中，把5号母线单相接地故障接到了3号母线上，引起211开关爆炸，并造成一台进口全密封110kV、31.5MVA主变压器因出口短路而损坏,弧光接地过电压引起的事故,1998年7月6日，北京肖庄35kV、4号母线34路B相发生单相接地，故障持续1小时后，引发301开关内附CT主绝缘击穿，开关爆炸起火，1号主变差动跳闸，2号主变在自投过程中经受一次出口短路冲击，由于有载调压开关重瓦斯继电器因振动动作，2号主变也掉闸，造成全站负荷停电,弧光接地过电压引起的事故,1998年9月16日，北京古城站10kV、5号母线发生单相接地故障，仅过158ms，222开关内相间短路起火，并将柜内二次线烧毁短路，直流保险熔断，失去直流电源，保护无法启动。2号变低压侧故障持续50s后，10kV4号母线又发生单相接地（201-4刀闸支瓶闪络），单相接地持续35s后，造成201开关至CT引线三相短路，1号主变差动保护动作掉闸。2号主变低压侧故障持续1分25秒后，110kV过流保护动作掉开112、302开关，切除了2号主变，全站停电。事故造成4面10kV开关柜烧毁，全站停电6小时以上，并影响了重要用户的供电,1、间歇电弧接地过电压的发展,Ijd有两个分量：工频电流（强制）分量和高频电流（自由）分量油中电弧可能在过渡过程中高频过零熄弧，据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为高频熄弧理论，过电压值较高空气中的开放电弧大多在工频电流过零时熄弧，据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为工频熄弧理论，过电压值较低，接近实测值课程中，采用工频熄弧理论分析间歇性电弧接地过电压的形成过程,三相电源相电压为：eAeBeC线电压为：eABeBCeCA各相对地电压为：uAuBuC,三相电源设A相在-Um发生单相接地故障，令Um=1，健全相对地电压上升为线电压：B相：C相：,在t=0，对地闪络，燃弧,在t=0振荡过程中电压最高振幅：,B、C相均为2.5,t=t1（过半个工频周期），熄弧,，三相对地电容电荷，重新分配，形成直流电压分量：,在t=t1不发生振荡,在t=t2，（再过半个工频周期）重燃,在t=t2振荡过程中电压最高振幅,B、C相为3.5，A相为2,往后，每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，其过渡过程与上述过程完全相同非故障相的最大过电压UBm=UCm=3.5，故障相的最大过电压UAm=2弧光接地过电压在数值上看不高，正常的电器设备具有较大的绝缘裕度，能承受这种过电压但是这种过电压的持续时间较长，对网内的绝缘较差的老设备、线路上存在的绝缘弱点，将存在较大的威胁，影响电网的安全运行电弧可能波及非故障相导线，造成相间短路的事故跳闸,2、影响过电压发展的因数,电弧过程的随机性电弧熄灭和重燃过程极为复杂发生电弧部位的介质（空气、油、固体介质）外界气象条件（风、雨、湿度、温度）这些随机因数，直接影响过电压的发展过程，因此，过电压数值具有统计性上述分析条件是：燃弧在故障相电压为最大值，熄弧在工频电流过零时，这是最严格的理论分析，实际过电压值小于理论分析值，最大为3.5，绝大数均小于3.1,相间电容的影响假设线路完全对称：,燃弧前（t2）Cm上电压为：C0上电压为：发弧后在电路在电路上Cm与C0并联，在振荡过程之前，存在电荷重新分配过程,电荷重新分配，健全相电压起始值健全相电压起始值增高，增高与比值Cm/(Cm+C0)有关，减少了与稳态值的差，从而使过电压降低,电网中接成三角形（或星形）的电容器组，相当于增大了相间电容，一般不会产生严重的间歇电弧接地过电压,回路损耗电源内阻抗，线路阻抗中的电阻损耗，电弧本身的弧阻损耗，使高频振荡很快衰减，过电压降低对地绝缘的漏导电弧熄灭后，电网对地电容中所储存的的电荷因绝缘油泄露使系统中性点位移电压减小，过电压降低。电荷泄漏的快慢与线路绝缘表面的状况及气象条件等因素有关。,由工频电流熄弧理论，每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃非故障相的最大过电压UBm=UCm=3.5，故障相的最大过电压UAm=2弧光接地过电压在数值上看不高，正常的电器设备具有较大的绝缘裕度，能承受这种过电压,复习间歇电弧接地过电压,复习间歇电弧接地过电压,10kV电网，l1000km，Ijd30A35kV电网，l100km，Ijd10A由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，在几秒至几十秒内自行熄灭,接地电流继续增大，在几百安的范围内，接地电弧一般不能自熄。间歇性电弧接地过电压会持续存在，对设备的绝缘造成损坏,3、限制措施消弧线圈的应用,中性点不接地的360kV电网，在单相接地电流超过30A（310kV电网）或者10A（35kV及以上电网），在电网中性点和地之间接入消弧线圈消弧线圈作用是1、减小单相接地电流，2、缓减接地故障点恢复电压的上升速度，从而增大接地故障点自熄的概率，以防止发展成相间短路或烧伤导线,补偿单相接地电流,对地短路可看成两种情况的叠加：1、原来的正常三相系统2、将原来三相电源电动势短接，在短路点K与大地之间加入一个单相电势EA(短路前电位)的零序系统计算对地短路电流，只需计算后一零序系统即可(因前一正常三相系统K与大地之间无电流通过),g:考虑各种损耗后的等值电导,物理意义：接地的电容电流分量完全被消弧线圈的电感电流补偿，接地电弧消灭，这是完全协调的情况,忽略损耗的单相等值电路,适当选择电感L的数值，ijd将减小到零,脱谐度（其中Ic-IL为接地点的残流）,补偿度k,回路自振角频率,用补偿度k和脱谐度来描述消弧线圈的补偿程度,脱谐度,k1、0ILIC时，过补偿k1、0ILIC时，欠补偿k=1、=0IL=IC时，全补偿,降低故障间隙的恢复电压上升速度,故障点电弧是否重燃，除与电弧电流（决定于弧道的游离程度）有关外，还取决于弧隙间介质强度的恢复速度是否超过恢复电压的上升速度,补偿网络的阻尼率：,电流过零电弧熄灭相当于开关S断开,g1g2g3分别为各相对地漏导,：系统的衰减系数0：熄弧瞬间故障相电源电压初相位,b点电位变化规律即是补偿网络中性点电位u0的变化规律，以自由振荡0变化：,恢复电压Ur(t),a点电位随故障相的电源电压变化,故障相对地的恢复电压Ur(t),一般补偿网络的v很小，所以,全补偿v=0，恢复电压仅由泄漏损耗使上式衰减项减小，而阻尼率很小，恢复电压上升速度很慢,(a)=0时故障相恢复电压波形,(b)0时故障相恢复电压波形,v0，由于残流不大，很小，0，恢复电压由两个角频率相近的交流电压合成，呈拍频性质，其拍频周期为，拍频周期远大于工频，恢复电压上升较无消弧弧线圈时缓慢，保证电弧不重燃。,若=0，忽略损耗,表示振幅的包络线,恢复电压振幅的上升速度,最大恢复电压上升速度,脱谐度对恢复电压上升的影响,即,因此有,恢复电压上升速度与脱谐度成正比，通常较小，ur上升速度较慢，因此不易重燃,系统的阻尼率d对恢复电压的上升速度有影响,大的阻尼率d不但使恢复电压上升速度加快，而且由于故障电流的加大使介质强度的恢复速度降低，从而增加了重燃的可能性,消弧线圈作用总结,减小故障电流降低弧熄的恢复电压上升速度，且脱谐度越小，这种作用越显著（但可使中性电位移电压过大）并不直接降低弧光接地过电压，而在于易熄弧和防重燃方面的有利作用，使过电压持续时间大为缩短，降低了高幅值过电压出现的概率,4、中性点位移电位,L值按全补偿方式选取时对熄灭电弧最有利，可是正常运行时，电网中性点却会出现比较高的电位，这是不允许的,C11C22C33，当L按全补偿方式选取时，形成零序谐振回路，在等效电动势U0的作用下发生线性谐振,在正常运行时，电网由于三相对地的自部分电容不对称，可在中性点上出现电位,KC：导线对地电容的不对称度：补偿电网的脱谐度,中性点位移度：补偿电网中性点电位U0与相电压UA（UA=EA）的比值,架空线路的KC通常为0.5%1.5%，个别情况可达2.5%及以上电缆的KC值约为0.2%0.5%,脱谐度越小，对熄灭电弧最有利，但是正常运行时，电网中性点却会出现比较高的电位-消弧线圈补偿电网中的线性谐振,为中性点不接地（无消弧线圈）电网因三相对地电容不等而引起的电网中性点位移电位，称电网不对称电压,中性点位移电位为,U0的大小主要决定于KC及：以KC=1.5%为例，无消弧线圈，Ubd=0.015EA；接消弧线圈，若=3%，则UO=0.5EA，中性点电位移电压增大33倍。若=0，电网处于谐振状态，但电网存在损耗电阻，所以UO不会趋于无穷大,过高的U0使补偿电网正常运行时，三相对地电压极不平衡,考虑损耗,不接消弧线圈时中性点位移电位,d0：导线阻尼率3%5%,接入消弧线圈时中性点位移电位,d：补偿电网导线阻尼率dL：消弧线圈的阻尼率dL1.2%2%d5%,降低U0值，首先要降低KC值（母线换位），并注意值不能过小值选择应考虑到两个方面：一方面值不应小到使正常运行时中性点电位超过15%；另一方面值又不宜大，致使单相接地电流大于10A（30A）在欠补偿情况下，如果电网有一条线路跳闸（电网对地自部分电容减小）时，或当线路非全相运行（电网一相或两相对地自部分电容减小）时，可能产生严重的中性点位移。因此，消弧线圈一般应采取过补偿,4、补偿电网脱谐度选择原则,若电网长时间低频率运行，遇上单相接地时，消弧线圈电流将增大，而电网电容电流将减小。若原为过补偿运行，脱谐度将增大；若原为欠补偿运行，脱谐度将减小，甚至会变成全补偿考虑消弧线圈的饱和效应，在1.31.5倍额定电压作用下，铁芯开始饱和，补偿电流迅速增大，电感值急剧下降，电网由欠补偿自动转换成过补偿状态，而不会停留在谐振状态，中性点位移电位明显降低,采用低电阻、中电阻或高电阻接地方式中性点电阻的阻尼作用使单相接地时电容充电的暂态电流受到抑制，基本消除了间歇性电弧过电压的可能性，同时，接地特征明显，能满足继电保护装置灵明度的要求。,5、中性点电阻接地方式,经高阻接地电网，单相接地电流增加不多，继电保护选择性差低阻接地电网，故障电流增加到数百安，会引起地电位升高、通信干扰等接地断路器均立即跳开线路，降低供电可靠性,6kV35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电的可高兴要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通讯的影响和机电保护技术要求6kV10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间接歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式,电力行业标准交流电气装置的过电压保护和绝缘配合,3kV20kV具有发电机直接送电的系统，发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时，宜采用高电阻接地方式确定电网的中性点接地方式，必须综合考虑电网和线路的结构、供电的安全性和可靠性、过电压保护和绝缘配合、继电保护的构成和跳闸方式、设备和人身安全、对通讯和电子设备的电磁干扰等等因数,事故原因分析,上述4个事故变电站，只有一个站消弧线圈没投运，该站10kV母线电容电流高达82A，远远高于规程的允许值10A，其它3个站消弧线圈在投运，但由于是根据理论计算值来调整消弧线圈分头的，误差大，脱谐度不满足要求。当发生单相接地时，故障点残流仍大于10A，接地电弧不能自熄，仍产生较高倍数的弧光接地过电压，消弧线圈没有发挥应有的作用，例如有的变电站10kV系统电容电流理论计算值为43A，但实际测试电流却高达96A,解决措施,应采用装设自动跟踪补偿的消弧线圈。老式手动消弧线圈除需停电调分头,不能自动跟踪补偿电网电容电流等缺点外,脱谐度也很难保证在10%以内,据国内外资料统计分析表明,采用老式手动消弧线圈补偿的电网,单相接地发展成相间短路的事故率在20%40%之间,比采用自动跟踪补偿的电网高出3倍以上。自动消弧线圈有四大类:,用有载分接开关调节消弧线圈的分接头调节消弧线圈的铁心气隙直流助磁调节可控硅调节消弧线圈,交流电气装置过电压保护和绝缘配合DL/T620-1997行业标准,66kV以下系统中性点经消弧线圈接地方式,消弧线圈接地补偿系统的运行现状,固定补偿系统早期采用离线式手动调节式固定补偿的消弧线圈，其工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补偿程度取决于电网正常稳态运行时不使中心点位移电压超过相电压的15%调整频繁，操作繁琐；脱谐度测量困难；调谐不当易产生谐振过电压；继电保护动作困难,随动式补偿系统和动态补偿系统可在线自动跟踪电网运行方式变化的调谐方式，先后设计了多种消弧线圈结构形式，具有代表性的有以下几种：,预调谐工作方式：调隙式消弧线圈；调匝式消弧线圈；偏磁式消弧线圈；三相五柱接地变压器消弧线圈组合式消弧线圈脱谐工作方式：调容式消弧线圈；高短路阻抗变压器式消弧线圈,随动式补偿系统,动态补偿系统,随动式补偿系统工作方式是：由于消弧线圈的电感量改变较慢，在发生单相接地故障时为了能及时实现补偿，在配电网正常运行时，跟踪检测配电网对地电容电流，并调节消弧线圈电感量使之能与对地电容发生谐振，即预先调节于谐振点的工作方式“预调谐工作方式”,随动式补偿系统“预调谐工作方式”的接地系统需串联或并联电阻，以降低配电网正常运行时的谐振过电压,因为接地变压器中性点人为抽偏，线路投切操作三相刀闸的不同期，配电网中线路的不对称性等因素会引起配电网的不对称电压。在配电网正常运行时，处于串联谐振状态的消弧线圈将会放大这个电压发生不容许的串联谐振过电压,动态补偿系统（脱谐工作方式）动态补偿系统的工作方式是：在配电网正常运行时，使消弧线圈工作在脱谐状态（远离谐振点），而在单相接地故障时快速调节消弧线圈使其达到全补偿状态，即用脱谐度抑制中性点串联谐振过电压的工作方式“脱谐工作方式”,不会引起中性点位移过电压不用串联或并联电阻，避免了配电网一次回路中串联或并联电阻带来的一系列问题，有效地解决了补偿系统串联谐振过电压与全补偿之间的矛盾,消弧线圈并联电阻接地系统构成,接地变压器（带有站用变）调容式消弧线圈接地电阻器控制器接地故障指示装置控制屏六部分组成,系统工作原理,成套装置的工作原理系统对地电容电流测量原理电容电流的实时跟踪原理单相接地选线原理,成套装置的工作原理,电网正常运行中性点并联接地电阻长期并接1200档位，当消弧线圈采用预调节工作方式时，消弧线圈始终工作在“最佳”的补偿位置（即最接近谐振点的过补偿位置）控制器实时跟踪电网电容电流的变化，当电网电容电流变化超出设定范围时，发出控制信号调节消弧线圈至新的“最佳”的补偿位置，以便发生电网单相接地故障时立即输出补偿电流,瞬时性接地故障或扰动当电网发生瞬时性单相接地故障或三相合闸严重不同期等扰动时，电网零序电压会短时超过整定值控制器迅速进入故障跟踪状态，在设定时间内保持中性点并联接地电阻处于1200档位，充分发挥消弧线圈和并联接地电阻的补偿和限压作用，使瞬时性故障自动消失有效地限制了铁磁谐振与弧光接地过电压对电网的危害，避免了铁磁谐振与弧光接地过电压引发的绝缘薄弱环节击穿、避雷器爆炸、电缆对地击穿短路、虚幻接地等异常现象的发生,永久性接地故障经一定延时（3秒），零序电压仍超过整定值时，系统判断故障为永久性接地故障控制器及时发出控制信号，调节中性点并联接地电阻器至600档。选线后，立即切换回1200档600档的短时投入将更有利于电弧点燃和熄灭过程中积累的多余电荷的释放，大大限制了弧光接地过电压的幅值，同时，使控制器得到了充分的故障选线信息,永久性接地故障选线后，经过一定的延时，若接地故障仍然存在，则控制器向接地故障指示装置的特殊信号注入装置发出注入启动指令，并根据过渡电阻的大小，适当地调节注入电流的大小注入发生器向电网延时注入（至少5秒）特殊频率信号，以满足故障线路的指示器启动要求特殊信号注入过程中，控制器实时监测故障是否消失，若发现故障消失立即停止注入，故障定位指示器指示无效。若完成注入过程后，接地故障仍然存在，则故障定位指示器指示有效，发出寻线报警信号以便现场人员故障定位指示器查找故障点，实现故障指示,软件系统,Z型接地变压器,接地变压器通常用来为无中性点的系统（如变压器型接线或Y型接线中性点未引出时）提供一个人为的、可带负载的中性点，供系统接地其接地方式有：直接接地、与消弧线圈接地、经小电阻接地、与接地电抗器组合接地等,Z型接地变压器,接地变压器采用Z型接线(或称曲折型接线)，即每一相线圈分别绕在两个磁柱上，两相绕组产生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地变压器的零序阻抗很小(10欧姆)，而普通变压器要大得多规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，消弧线圈容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90%100%容量的消弧线圈，可以节省投资,二次调节消弧线圈,L1：主绕组L2：二次绕组，连接电容调节柜K1K4：真空接触器和可控硅组成的调节开关C1C4：二次调节电容器,当二次电容器全部断开时，主绕组感抗最小，电感电流最大二次绕组有电容器接入后，根据阻抗折算原理，相当于主绕组两端并接了相同功率的电容，使主绕组电感电流减小通过调节二次电容的容量即可准确控制主绕组的感抗及电感电流的大小,额定电流小于100A的消弧线圈：一、二次绕组无抽头，其电流调节范围为10A至额定电流额定电流大于或者等于150A的消弧线圈：一、二次绕组带有中间抽头，对于投运初期电容电流较小时，可在低电流档运行，其电流起调点为10A；电容电流增大后，可运行于高电流档。这样既可满足远、近期运行的不同要求，又可减少二次电容器容量，简化设备结构，降低造价,电容调节柜,电容器调节柜由控制器根据电网对地电容的大小自动跟踪调节二次侧电容器的容量，得到理想的补偿效果电容器调节柜一般装有45只电容,容量配置原则为C1C2C3C4C5=124816。根据二进制组合原理，4只电容有16种组合，即16级调节，5只电容器可实现32级调节,电容调节柜,和内部装有限流线圈，以限制合闸瞬间的浪涌电流，内部还装有放电电阻调节开关为大功率可控硅和真空接触器组合开关，正常运行中由真空接触器控制电容器投切，接地后由可控硅控制电容器投切，因而既发挥了可控硅快速的特点，又保证了极高的可靠性,电容调节开关,系统的控制器,控制器是整套装置的测控核心，主要由主控制器、AD采集模块、DIO采集模块、调理机等构成，主要完成消弧线圈并联电阻接地系统自动跟踪补偿和故障选线的所有测量与控制任务,测量系统的电容电流及调节控制消弧线圈的档位单相接地故障线路的选检对接地故障指示装置发出工作指令，以完成接地故障