電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生及限制措施

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時,電氣設(shè)備的絕緣處于電源額定電壓下,當(dāng)雷擊、操作、故障、或參數(shù)配置等原因使系統(tǒng)中某部分電壓升高大大超過正常運(yùn)行的數(shù)值此稱過電壓。

過電壓分為大氣過電壓和內(nèi)部過電壓,其中大氣過電壓又分直擊雷過電壓、感應(yīng)雷擊過電壓和侵入雷電波過電壓,特點(diǎn)是持續(xù)時間短暫,沖擊性強(qiáng),與雷電活動強(qiáng)度有直接關(guān)系,與設(shè)備電壓等級無關(guān)。220KV以下系統(tǒng)的絕緣水平由防止大氣過電壓決定。內(nèi)部過電壓是由于拉、合閘操作、接地或斷線事故及其他原因引起電力系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生突然變化產(chǎn)生對系統(tǒng)有威脅的過電壓。究其原因是系統(tǒng)內(nèi)部電磁能的振蕩和集聚引起的故稱內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓可分為操作過電壓和暫態(tài)過電壓(含諧振過電壓、工頻過電壓)。

操作過電壓是系統(tǒng)操作和故障時出現(xiàn),特點(diǎn)是具有隨機(jī)性,在最不利的情況下過電壓倍數(shù)較高,330KV及以上超高壓系統(tǒng)的絕緣水平取決于操作過電壓。操作過電壓具有幅值高、高頻振蕩、衰減快的特點(diǎn)。其產(chǎn)生原因:

1.切除空載線路時過電壓的根源是電弧重燃及線路上的殘余電壓。

2.空載線路的合閘過電壓是由于在合閘瞬間的暫態(tài)過程中,回路發(fā)生高頻振蕩造成的。

3.在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相金屬接地將引起正常相的電壓升高到線電壓。如果單相通過間歇燃燒的電弧接地,在系統(tǒng)正常相合故障相都會產(chǎn)生過電壓(稱電弧接地過電壓),其實(shí)質(zhì)是高頻振蕩的過程。

4.切除空載變壓器引起的過電壓。原因是當(dāng)變壓器空載電流突變時變壓器繞組的磁場能量全轉(zhuǎn)化為電場能量對變壓器等值電容充電,導(dǎo)致過電壓。

同樣,在切除感性負(fù)載可能在電容器和斷路器上出現(xiàn)過電壓。限制操作過電壓的措施有:

1.選用滅弧能力強(qiáng)的高壓斷路器。

2.提高斷路器動作的同期性。

3.斷路器斷口加裝并聯(lián)電阻。

4.采用性能較好的避雷器。

5.電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行。

諧振過電壓是電力網(wǎng)中的電容元件和電感元件參數(shù)的不利組合,由諧振產(chǎn)生,特點(diǎn)是過電壓倍數(shù)高、持續(xù)時間長。其產(chǎn)生原因是:

1.線性諧振過電壓。諧振回路由不帶鐵芯的電感元件如輸電線路的電感、變壓器的漏感或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件如消弧線圈和系統(tǒng)中電容元件組成。

2.鐵磁諧振過電壓。諧振回路由帶鐵芯的電感元件如空載變壓器、電壓互感器和系統(tǒng)的電容元件組成,因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象,使回路電感參數(shù)是非線性的,當(dāng)滿足一定諧振條件時產(chǎn)生鐵磁諧振。

3.參數(shù)諧振過電壓。由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件和系統(tǒng)電容元件組成回路,當(dāng)參數(shù)配合時,通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量,造成諧振過電壓。

限制諧振過電壓的措施:

1.提高斷路器動作的同期性。防止非全相運(yùn)行時產(chǎn)生諧振過電壓。2.在并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗,阻斷非全相運(yùn)行工頻電壓的傳遞及串連諧振。

3.破壞發(fā)電機(jī)產(chǎn)生自勵磁的條件,防止諧振過電壓。

工頻過電壓產(chǎn)生的原因:

1.由于長線路電容效應(yīng)及電網(wǎng)運(yùn)行方式的突然改變引起工頻過電壓,特點(diǎn)是持續(xù)時間長,過電壓倍數(shù)不高,對設(shè)備絕緣威脅不大,但對超高壓、遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平起重要作用。

2.不對稱短路引起的工頻過電壓,在單相或兩相不對稱短路時,非故障相的電壓可達(dá)到較高值。

3.突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高。原因有:①線路輸送大功率時,發(fā)電機(jī)電勢高于母線電壓,甩負(fù)荷后,發(fā)電機(jī)的磁鏈不能突變,在短時間內(nèi)維持輸送大功率的暫態(tài)電勢,導(dǎo)致工頻電壓升高。②線路末端斷路器跳閘后,空載線路仍由電源充電,電容效應(yīng)顯著,導(dǎo)致工頻高壓。③甩負(fù)荷后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加造成電勢和頻率上升,工頻電壓上升嚴(yán)重。

限制工頻過電壓的措施有:

1.并聯(lián)高壓電抗器補(bǔ)償空載線路的電容效應(yīng)。

2.靜止無功補(bǔ)償器補(bǔ)償空載線路電容效應(yīng)。

3.變壓器中性點(diǎn)直接接地降低不對稱故障引起的工頻電壓升高。

4.發(fā)電機(jī)配置性能良好的勵磁調(diào)節(jié)器或調(diào)壓裝置,使發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時抑制容性電流對發(fā)電機(jī)助磁電樞反應(yīng)。防止過電壓的產(chǎn)生和發(fā)展。

5.發(fā)電機(jī)配置反應(yīng)靈敏的調(diào)速系統(tǒng),甩負(fù)荷時限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升造成的工頻過電壓。

大氣過電壓又稱為外部過電壓,包括對設(shè)備的直擊雷過電壓和雷擊于設(shè)備附近時在設(shè)備上感應(yīng)的過電壓。為防止直擊雷對變電站設(shè)備的侵害,變電站裝有避雷針和避雷線。為防止進(jìn)行波的侵害,按電壓等級裝閥型避雷器、磁吹避雷器、氧化鋅避雷器和與此配合的進(jìn)線保護(hù)段,即架空地線、管型避雷器或火花間隙,在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中裝消弧線圈,可減少雷擊跳閘次數(shù)。所有防雷設(shè)備都裝有可靠的接地裝置。防雷裝置的主要功能是引雷、泄流、限幅、均壓。

過電壓可能引起電氣設(shè)備絕緣弱點(diǎn)的閃絡(luò)及電氣絕緣的損壞甚至燒毀。在超高壓系統(tǒng)中,內(nèi)部過電壓是反映絕緣水平的主要因素之一,因此了解過電壓產(chǎn)生的原因采取相應(yīng)限制過電壓措施對電力系統(tǒng)運(yùn)行及檢修人員是十分必要的。

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