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箱式變電站過電壓現象的原因及應對措施

日期:2017年12月26日 09:52

1、過電壓的概念:

當箱式變電站中的變壓器運行時,繼電保護校驗儀如果電壓超過它的最大允許工作電壓,就稱為變壓器的過電壓。

2、過電壓的分類:

過電壓往往會對變壓器的絕緣造成很大的危害,甚至使絕緣擊穿。

過電壓可分為大氣過電壓和操作過電壓兩種:

(1)大氣過電壓:輸電線路直接遭雷擊或雷云放電時,電磁場的劇烈變化所引起的過電壓稱為大氣過電壓;

(2)操作過電壓:當箱式變電站中的變壓器或線路上的開關進行合閘或拉閘操作時,因系統中電磁能量振蕩和積聚而產生的過電壓稱為操作過電壓。

變壓器的這兩種過電壓都是作用時間短促的瞬變過程。繼電保護校驗儀操作過電壓一般為額定電壓的3.0一4.5倍,而大氣過電壓數值很高,可達額定電壓的8一12 倍,并且繞組中電壓分布極不均勻,進線端頭部分線匝受到的電壓很高。因此,必須采取必要的措施,防止過電壓的發生和進行有效的保護。

3、過電壓在變壓器中破壞絕緣有兩種情況:

一種是將繞組與鐵心(或油箱)之間的絕緣高壓繞組與低壓繞組之間的絕緣(這些絕緣稱為主絕緣)擊穿; 熱繼電器測試儀另一種是在同一繞組內將匝與匝之間或一段繞組與另一段繞組之間的絕緣擊穿。

由于過電壓時間極短,電壓從零上升到最大值再下降到零均在極短的時間內完成,因而具有高頻振蕩的特性,其頻率可達100kHz以上。在正常運行時,電網的頻率是50Hz,變壓器的容抗很大,而感抗wL很小,因此可以忽略電容的影響,電流完全從繞組內部流過。

4、原因分析:

下面簡單說明兩種不同類型過電壓產生的原因。

(1)操作過電壓

在一般配電網中,使用的絕大多數是降壓變壓器,下面就以降壓變壓器空載拉閘操作為例說明操作過電壓產生的原因。

在定性分析時,匝間電容的影響可略去不計。熱繼電器測試儀空載變壓器從電網上拉閘時,如果空載電流的瞬時值不等于零而是某一數值Ia,這時相應的外施電壓瞬時值為Ua。于是在拉閘操作瞬間,電感L1中儲藏的磁場能量為1/2Ll?I2a,電容C’Fe上儲藏的電場能量為1/2C’FeU2a。

由于這時變壓器的電路是由電感L1電容C’Fe并聯的電路,故在拉閘操作瞬間,回路內將發生電磁振蕩過程。在振蕩過程中,熱繼電器測試儀當某一瞬間電流等于零時,此時磁場能量全部轉化為電場能量,由電容吸收,電容上的電壓便升高到最大值Ucmax。當拉閘操作電流和電容上的電壓一定時,繞組的電感愈大,對地電容愈小,則拉閘操作過電壓愈高。在電力系統中,操作過電壓通常不超過額定電壓的30一4.5倍。

(2)大氣過電壓

大氣過電壓是由輸電線路直接遭受雷擊或雷云放電時,電磁場的劇烈變化所引起的。當輸電線路直接遭受雷擊時,雷云所帶的大量電荷(設為正電荷)通過放電渠道落到輸電線上,大量的自由電荷向輸電線路的兩端傳播,就在輸電線上引起沖擊過電壓,稱為雷電過電壓。雷電波由零上升到最大值這一段稱為波頭,下降部分稱為波尾。

如果把波頭所占時間看成是周期波的1/4周期,則雷電波可看成是頻率極高的周期性波。這樣,當過電壓波到達變壓器接線端時,相當于給變壓器加上了一個頻率極高的高電壓。這一瞬變過程很快,一開始,由于在高頻下wL很大,因此,1/wC很小,電流只從高壓繞組的匝電容和對地電容中流過。由于低壓繞組靠近鐵心,它對地電容很大(即容抗很小),可近似地認為低壓繞組接地。

當雷電波襲擊時,沿繞組高度上的電壓分布取決于匝間電容C’Fe,和對地電容C’Fe的比例。在一般情況下,由于兩種電容都存在,過電壓時,一部分電流由對地電容分流,故每個匝間電容流的電流不相等,靠近輸電線端的匝間電容流過的電流最大,越往后則越小。

隨著電壓沿繞組高度的分布變為不均勻,起始電壓分布很不均勻,靠近輸電線端的前幾匝間出現很大的電壓梯度,因此,在靠近輸電線端的前幾個線匝里,匝間絕緣受到很大的威脅,這時最高匝間電壓可能高達額定電壓的50一200倍。

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