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(shí),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(shí)間短暫,沖擊性強(qiáng),與雷電活動(dòng)強(qiáng)度有直接關(guān)系,與設(shè)備電壓等級(jí)無(wú)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(duì)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(shí)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(shí)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(huì)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(shí)變壓器繞組的磁場(chǎng)能量全轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量對(duì)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(dòng)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(shí)間長(zhǎng)。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(lì)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(shí)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(shí),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(dòng)作的同期性。防止非全相運(yùn)行時(shí)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(lì)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(zhǎng)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(shí)間長(zhǎng),過電壓倍數(shù)不高,對(duì)設(shè)備絕緣威脅不大,但對(duì)超高壓、遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平起重要作用。

2.不對(duì)稱短路引起的工頻過電壓,在單相或兩相不對(duì)稱短路時(shí),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(shí),發(fā)電機(jī)電勢(shì)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(shí)間內(nèi)維持輸送大功率的暫態(tài)電勢(shì),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(shì)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(wú)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(duì)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(lì)磁調(diào)節(jié)器或調(diào)壓裝置,使發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí)抑制容性電流對(duì)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(shí)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(duì)設(shè)備的直擊雷過電壓和雷擊于設(shè)備附近時(shí)在設(shè)備上感應(yīng)的過電壓。為防止直擊雷對(duì)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(jí)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(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行及檢修人員是十分必要的。

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