第7讲 操作过电压-切空变

　　华晨宇父亲华福雄第7讲 操作过电压-切空变_电子/电_工程科技_专业资料。第7讲 操作过电压 - 切除电感性负荷过电压 屠幼萍 切除电感性负荷 ? 切除空载变压器、消弧线圈、并联电抗 器、电动机等电感性负荷是常见

　　第7讲 操作过电压 - 切除电感性负荷过电压 屠幼萍 80795842 .cn 切除电感性负荷 ? 切除空载变压器、消弧线圈、并联电抗 器、电动机等电感性负荷是常见的操作， 产生过电压的原因是分断感性小电流时， 发生截流现象 ? 以切除空载变压器为例分析 一、过电压产生原理 e(t) ：电源 LS： 电源等值电感 CS：电源对地杂散电容 L：空载变压器的励磁电感 C：变压器等值对地电容以 及联线和电气设备的对 地等值电容，几十?几千 PF 简化等值电 LK：母线至变压器联系电感 DL：等值断器的开关 一、过电压产生原理 1 ?? ?L ?C ? 工频下，通过C的电流 IC 远小于通过变压器激磁线（空载电流），流过断器的电流可认为是I0 ? 变压器激磁电流 I0 是变压器额定电流 Ie 的0.5~4%，有 效值约为几安至几十安，大小与铁芯材料有关，当采 用优质铁磁材料时，I0 甚至是 Ie的0.3% 一、过电压产生原理 ? 电流的切断过程与断器的灭弧 能力有关 ? 断器采用自能方灭弧（一般油断器），其灭弧能 力与被分断电流大小有关，分断小的电流时息弧能力 较弱，不会产生在电流过零前熄弧现象 ? 断器采用外能式方法灭弧（压缩空气、少油、真空 等断器），灭弧能力按切断短电流来设计，分断 较小的励磁电流时，可能在电流过零前发生强制熄弧， 在激磁电流很小时，甚至可在电流接近最大值时突然 截断，称为截流 截流前后变压器上的电压波形 I0为截断电流 I 0 ? I m sin ? U 0 ? ? Em cos ? di dt di UL ? L dt (a) 截流在电流上升部分 (b) 截流在电流下降部分 能量观点： 在L - C回中振荡 电流截流时，设激磁电流为I0，对地电容C上的电压为U0 ， 因电感中的电流不能突变，向C充电，当全部能量都转 到电容的电场中时，由于C值小，电容电压很高： 1 1 1 2 2 2 CU cm ? CU 0 ? LI 0 2 2 2 U cm ? U 02 ? 其中 L 2 I 0 ? U 02 ? ( Z T I 0 ) 2 C L ZT ? C 1 ?0 ? LC ?0在几百到几千Hz 由能为电场能的过程中耗，铁心的磁滞损耗 和涡流损耗，导线的铜损，引入磁能为电能系数 ?m加 以修正： 2 U cm ? U 0 ? ? m ( Z T I 0 ) 2 当 I0 =Im（U0 = 0）时，Ucm 最大 Im Em ? ?L U cm ,max ? ? m Z T I m K max ? U cm , max Em ? ? m ZT I m Em ? ?m ? ?L L C ?0 ? L f0 ? ?m ? ? ?m ??L f ( f : 50 Hz ) 例 1 有一台 110kV，31.5MVA 的变压器，铁芯材料为热轧硅钢 片，激磁电流 I ? 4% I e ，连续式绕组， C ? 3000 pF ，求切空变最大 过电压倍数。 解 U e/ 3 U e2 L? ? ? 30.5 (H) S ? ? e ? 4% ? Se ? 4% 3U e f0 ? 1 2? LC ? 525 (Hz) 取 ? m ? 0.3 ，最大过电压倍数为 K max 525 ? 0.3 ? ? 5.75 50 例 2 有一台 330kV，260MVA 的变压器，铁芯材料为冷轧硅钢 片，激磁电流 I ? 0.5% I e ，纠结式绕组， C ? 10000 pF ，求切空变最 大过电压倍数。 U e2 330 2 L? ? ? 266 (H) ? S e ? 4% 314 ? 260 ? 0.005 f0 ? 1 2? LC ? 97.5 (Hz) 解 取? m ? 0.45 ，最大过电压倍数为： 97.5 ? 1.3 50 K max ? 0.45 ? 二、影响因数 断器性能和变压器参数 ? 断器触头间发生重燃 t0时截流，预期最大值Uh1 恢复电压因高频振荡升高很快， 而触头间的抗电强度有限 t 时，恢复电压已等于恢复强度， 1 发生第一次重燃 重燃后，电容C上电荷通过C-LKCS回高频振荡，其储能迅 速消耗，电压下降到电源电压 t2 时再次熄弧，电感向电容充电， 恢复电压上升最大预期Uh2 当恢复电压超过介质恢复强度， 第二次重燃 触头间的恢复电压和介质恢复强度 二、影响因数 断器性能和变压器参数 ? 断器触头间发生重燃 多次重燃使电感中的储能愈来愈 少，直到恢复强度高于恢复电压 最大值时，触头间不再重燃 用油断器切除154kV空载变压 器的实测波形，断器多次重燃 触头间的恢复电压和介质恢复强度 二、影响因数 ? 断器的截流值 I0 截流值I0与断器的性能和分断电流（即变压器的空载电 流）均有关系 ? 压缩空气断器，灭弧能力 强，截流值比油断器大， 重燃次数也少，过电压较高 ? 采用优质铁磁材料（冷轧硅 切空变过电压倍数 与分断电流的实验曲线一油断器 钢片）的变压器，空载电流 很小，只有几安培。因此， 切空变过电压并不严重 二、影响因数 ? 断器的截流值 I0 截流值I0 与断器的性能和分断电流IL （即变压器的空载 电流）均有关系 ? 同一类型断器，截流值I0 有较大分散性，但最大可能 截断值I0max值有限度 ? IL 较小时，截流值I0 随IL 的 切空变过电压倍数 与分断电流的实验曲线一油断器 增大而增大； IL超过其最大 可能截断的电流时， I0不随 IL 的增大而增大，过电压倍 数也如此 二、影响因数 ? 变压器参数 K max ? ? m f0 f ? 回参数 L、C 与变压器的额定电压Ue、额定容量Se、 结构以及对地电容等有关 ? 回的自振频率 f 0 ? 1 / 2? LC，通常为几百赫，超高 压变压器容量大，采用纠结式绕组和静电屏蔽等， 对地电容大，且多采用优质铁磁材料，激磁电感大， f0 只有工频的几倍，一般?m? 0.5 二、影响因数 ? 变压器参数 ? 当变压器接有较长的线或电缆时，由于增大了对 地电容，切空变过电压大为降低 绕组中振荡电流产生的主磁通是链过整个铁芯，变 压器另一侧对地电容也参与切空变的振荡回，应 按变比关系将电容归算到同一侧 ? 由于电磁联系，切空变过电压使变压器接各绕组获 得同样倍数的过电压值 二、影响因数 ? 变压器中性点接地方式 ? 、 Y 比 的过电压值要高 ? 、 110~330kV ， 一般不超过3p.u.，个别达6p.u. ? 、 Y 35～110kV ，一般不超过4p.u.，个别达7p.u. 二、影响因数 实际的分闸过程十分复杂，断器触头间也会发 生重燃，由于截流和重燃过程的分散性，过电压 也有明显的统计性质 三、措施 安装避雷器 由于切空变时激磁电感中能量不大（过电压幅值高，但 持续时间短），与阀型避雷器在过电压动作时所吸 收的能量相比，小一个数量级，所以用普通的阀形避雷 器就能。当然，磁吹或氧化锌避雷器可以取代阀形 避雷器 ? 校核避雷器的通流能力 ? 确定避雷器的安装 校核避雷器的通流能力 ? 变压器绕组的空载磁能的估算 Em 1 2 1 W L? LI m ? L ? ? Im 2 2 ?L Em I m ?3 ? 1.06 ? 10 ? 3 ? 2 2 ? 1.06S 0 ? 1.06 ? S e ? I % (J) ? 阀型避雷器允许通过能量 Se：变压器额定容量，kVA S0：变压器空载功率，kVA I%：励磁电流标么值 WAR ? 10U r I 10：避雷器阀片允许通过矩形波电流的宽度，?s Ur：避雷器通过幅值为I (kA)的流时的残压值，kV 例如 ? 110kV三相变压器容量为31.5kVA、励磁电流为4％Ie， 切空变时绕组所贮最大磁能为WL＝1336J ? 阀型避雷器FZ—110J的5kA残压为332kV，其允许通 过的能量为WAR=16600J ? 可见，即使采用普通阀型避雷器，变压器也可以得到 可靠的。当然，磁吹或氧化锌避雷器可以取代阀 形避雷器 避雷器安装 ? 安装应该在断器的变压器侧，在断开后， 避雷器仍留在变压器的连线上。在雷雨季节也不应退 出 ? 空载变压器从一侧被切除引起的过电压，其他绕组将 通过电磁耦合按变比关系产生同样倍数的过电压，因 此，只要绕组联结方式相同，避雷器安装在任何一侧 均起到同样的效果，显然装在低压侧更经济而且 维修方便 避雷器安装 ? 如果两侧绕组联结方式不同，则需根据具体情况选择 合适的避雷器。考虑到变压器高压绕组的绝缘裕度较 中压及低压绕组低，以及大气过电压和其他类型 操作过电压的需要，高压侧总是装有避雷器 开断高抗过电压 正常运行时吸收一定的无功，并储存在电感内 电感切除时，其储存的能量通过电感等值入口 电容迅速，为电场能。因电感等值入 口电容很小，会激发较高的过电压 某500kV开关站，高抗参数：L =6.42H，C =10000pF，取 ?=0.3，计算出不同并联电阻下的高抗开断过电压倍数 K max ? ? 1 1 R 2 ? ??L ? 2 ? LC 开断高抗的过电压与断器并联电阻的关系 并联电阻 (?) 0 400 5000 过电压倍数 6.91 6.29 3.11 降低至3倍以下，并联电阻值大于5000Ω， 从经济上或技术上都不可取 国产(电瓷厂) MOA，额定电压为 444kV，其操作冲击 电流下残压小于900kV（按GB11032-89），即将操作 过电压在3倍以下。在实际进行的两次高抗切除试验 时，在上述 MOA的情况下测得的开断过电压倍数 开断高抗的过电压实测值 序号 1 2 过电压倍数 A相 1.591 1.377 B相 2.536 1.983 C相 1.688 1.679 检验避雷器的通流容量 ? 高抗额定电流：Ir=157A ，高抗电感：L =6.42 H 高抗绕组的最大能量： L ? LI r 2 ? 79.1 kJ W ? 1 2 500kV氧化锌避雷器，其2ms方波通流容量达到1500A、 20次。在1500A下，MOA的电压约为850kV，其允许 通过的能量： Wm ? UIt ? 2550 kJ 电炉变压器击穿闪络事故 电弧炉变压器，额定电压为6~35kV，低压侧电压为 150~350V。其特点是空载操作十分频繁，在一昼夜 的冶炼时间内，操作次数达30~40次以上，为了减轻 对开关设备的运行，通常采用真空断器，它的 截流能力特别强，将会引起概率很大和幅值极高的分 闸过电压 限压措施 ? 金属氧化物避雷器 动作电压在3.5倍以上 实测到的分闸过电压在 3.2倍以上 避雷器的动作次数过多 ? 阻容吸收装置 吸收电容器占去很大 的空间 所能的过电压在 2.5倍左右 ? 大幅度限压器的原理 采用大容量的吸能器件，以便充分吸收励磁电感中的磁 场贮能。电解电容器的电容大、体积小，是一种理想的 限压器件 D：整流桥 C：电解液电容器 R：泄流电阻 双极整流限压接线 方式（单相） ? 在正常运行情况下，C被充 电 至 额 定 相 电 压 的 幅 值 Em (换算到低压侧)，设截流在 激磁电流的最大值ILm发生， 过电压倍数为Kn 1 1 1 2 2 2 I Lm L? ? CEm ? C ?K n E m ? 2 2 2 ? 取 C? ? 2 L Kn2 ?1 ? ? ? K n ? 3 ，电容器电容为： ? C? 2? 2 L 按此式选择电容 消除了过电压 习 题 8－3 8－2（书209） Q & A 屠幼萍 80795842 .cn