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操作过电压之六——开断电容器组过电压

操作过电压之六——开断电容器组过电压

作者: 洪城小电工 | 来源:发表于2018-09-21 23:49 被阅读0次

    一、开断单相电容器组。

    开断单相电容器组过电压在操作过电压之一中便详述过,与切空载线路过电压无异。若每次重击穿都出现在最高恢复电压(2Um、4Um、6Um)时,电容上将出现三、五、七倍的过电压。

    二、开断三相电容器组。

    而实际电网是三相的,断路器开断三相电容器组时的恢复电压与电容器的连接方式有关,也与电源中性点及电容器中性点是否接地有关。下面以35kV系统中常见两种方式为例:

    A、电源为中性点接地的星形接线方式,电容器为中性点不接地的星形接线方式。

    A相先断开的全过程的示意图如下所示:

    设A相电流为0时,首先开断。此时A相最大电压为Um,令Um=1,A相开断后,A相电容CA上留有直流电压分量为1,B、C相电容CB、CC上各为0.5。上述情况见图(a)。

    过半个周期后电源电压反相,中性点O对地电压为1【电容中性点电压(0.5)+B、C相间电压(0.5)】,Aʹ点对地电压为1+1【电容电压+中性点电压】,A相断路器触头之间(Aʹ-A)的恢复电压为2-(-1)=3。上述情况见图(b)。

    若此时A相断路器重燃,三相恢复对称,中性点o的稳态电压为0,Aʹ点的稳态电压应为-1,因此CA上的电压将由(+1)向(-1)振荡,当其高频振荡电流第一次过零时,电弧熄灭,CA上留有最大电压为【2*(-1)-1】=-3,其余两相上留有电压为(2*(-0.5)-0.5)=-1.5。此时Aʹ点对地电压为【(-1)+(-3)】=-4【Aʹ稳态电压+电容电压】。上述情况见图(c)。

    再经过半个工频周期,电源再反相,中性点O对地电位为-2【电容中性点电压(-1.5)+B、C相间电压反映至中性点的电压(-0.5)】,此时Aʹ点电位为-5【电容电压(-3)+中性点电压(-2)】,(A-Aʹ)恢复电压为1-(-5)=6。

    对比同过程(断弧到复燃再断弧)的单相电容器组过电压时的恢复过电压值为4,显然在开断三相电容器过电压的倍数更高,危害更大。

    B、电源为中性点不接地的三角形接线方式,电容器为中性点不接地的星形接线方式。

    其等效电路图(将电源侧等效为中性点不接地的星形接法)如下所示:

    设A相为首开相,且在t=0时开断,此时则有:

    A相断开后,A相电容器上将保持Um的电压,B、C两相电容上的电压各为0.5Um。

    中性点对地电压为:

    B相与C相电容器极间电压分别为:

    经过5ms(即1/4周期),B、C相间线电压达到最大值,回路电流过零,B、C相断路器开断。

    由以上可得,此时A相仍为Um(A相已开断,电容电压不受电源变化影响),B相电压为-0.5+二分之根号3=0.37Um,C相电压为-0.5-二分之根号3=0.37=-1.37Um,中性点电压为0.5Um。

    在三相断路器均开断后5ms,此时距t=0时刻过了1/2周期,此时A相电源电压达到负峰值-Um,此时A相断路器的断口恢复电压可达到【(Um+0.5Um)-(-Um)】=2.5Um,此时发生断路器重燃的可能性较大。若此时A相发生重燃,在电路中电感和电容器对地杂散电容的影响下,电路将会发生高频振荡。由于Cn<<C,在此高频振荡过程中,C上电压可视为恒定值,忽略电路损耗,A相上最大过电压为

                                                UmA=2*(-Um)-(Um+0.5Um)=-3.5Um

    此时B、C相电源已被切断,中性点电位完全由A相电源电压与A相电容电压决定。

                                                 UmOʹ=UmA-UAOʹ=-3.5Um-Um=-4.5Um

    由于受中性点电位影响,B、C两相电容对地最大过电压为:

                                                              UmB=0.37-4.5=-4.13Um

                                                              UmC=-1.37-4.5=-5.87Um

    在A相重燃过程中,B、C相断路器的恢复电压迅速增大,C相最大恢复电压可至-5.87-0.5=-6.37Um,C相断路器断口在这时也很可能发生重燃。

    C、更为复杂的各类情况

    当出现两相非同时重燃(A相电容过电压为-2.87Um、C相电容过电压为2.5Um)、两相同时重燃(A相电容过电压为3.1Um、C相电容过电压为2.73Um)等情况,更为复杂。

    在实际情况还会出现电源侧单相接地时(中性点不接地系统能在单相接地的情况下运行2h)开断电容器过电压,此时的过电压就更为严重了(相对地最大过电压为-8.5Um,中性点最大过电压可达-6.83Um)。

    而且在三相断路器均开断后,即使A相不发生重燃,B、C两相的恢复电压为:

    当t=(300/360)*20ms=16,7ms时,UtrB=1.87Um。

    当t=(240/360)*20ms=13,3ms时,UtrB=-1.87Um。

    此时亦有可能发生重燃,只是概率较低。

    以上情况较为复杂,能力有限,不能很简洁的说明出来,小电工就先不谈了,以免误导大家。

    D、总结

    切单相电容器组与三相电容器组最大的区别就是中性点,电源对电容进行充电的同时,对中性点也进行着充电,即电容与中性点都在发生着振荡,通过中性点的传递效应导致其他相电容也出现过电压。

    而中性点接地系统与不接地系统的三相电容器组过电压最大区别中性点接地的系统中,由于某相复燃而其他两相尚未断开时会使得三相重新进入平衡状态,中性点的电位会被钳位为0,使得在中性点不会积累过大电压,不会发生中性点的传递效应。

    E、解决方案

    1、采用低重燃率的断路器

    并联电容器开断时产生的过电压是由于断路器的重燃造成的。在35kV系统中,SF6断路器的重燃率要低于真空断路器,在选用投切电容器组的断路器时,可优先选用SF6断路器。若选用真空断路器投切电容器组时,应要求所采用的真空灭弧室具有极低的重燃率。在灭弧室出厂前,应进行电气老练试验,以消除电极表面的杂质和缺陷,以降低灭弧室的重燃率。

    2、采用避雷器来限制过电压。

    采用氧化锌避雷器(MOA)可以对重燃过电压进行限制。

    氧化锌避雷器的接线方式主要有三星型和四星型两种。三星型接线方案是典型接线,结构简单,使用率高,对避雷器的特性要求高,这种接线形式可保护单相重燃产生的相对地过电压,但不能限制极间过电压和中性点过电压。其示意图如下所示:

    四星型方式即能限制电容器组相对地过电压,也能限制其极间过电压和中性点过电压,还可以有效降低两相重燃的几率,但是这种接线的相间避雷器在两相重燃过电压过程中要吸收很大的能量,需要较大的方波通流能力。其示意图如下所示:

    备注:在高专网秘字(2001)第07号文《提高电力电容器运行可靠性的若干措施》中提出:“停止使用四避雷器的接线方式(3只星接、1只中性点接地)”,上述接线方式如下图所示:

    注意此图与上一幅图的区别在与电容器组中性点与避雷器中性点有无连接线

    该文中还提出:”禁止将带间隙氧化锌避雷器用于电容器组的保护“

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