过电压抑制

过电压抑制（精选九篇）

过电压抑制 篇1

1.1通信线路上产生的感应雷电涌

因为大地不是完全的导体。所以通信电缆周围一旦发生落雷现象, 就会生成两种不同的电场:即水平电场和垂直电场。这时, 我们可以运用微积分, 以电缆延伸的方面, 通过周密计算得出因落雷产生的电场的电压。这个通过计算而最终得出来的电压就被称之为感应电压。对于一般的通信大楼的通信线路的感应电压应该与用户住宅内通信线路的感应电压两者的应是1:5的比率。实际上, 前者与后者的比例应该小于这个数值。其次, 即便是住宅内通信装置, 仅仅只有几千伏特的感应电压, 在同用户通信线路终端进行连接的时候, 就算雷雨日只有一天, 它雷电损坏的比率分也应该被预计成百分之几。

1.2使用交流电源的住宅内通信装置的防感应雷措施

从上面第一点来看, 雷电涌, 它是通过交流电源线路或者通信线路进行入侵的, 其通过通信装置的接地系统流入大地。所以在设计接地系统的时候, 将防雷保护措施的纳入考虑范围并中被列为重点是十分必要的。再考虑到铜线线路上的雷电感应电压, 与交流电源之间接地点可能出现比较大的电位差, 此时, 可以用通信线路的保护装置来作为第一次防雷措施。这是因为随着接地点位置不断上升, 其上升的点位部分分布在住宅内通信设备上各处。其与雷电感应电压的情况是一模一样的。

二、通信中心大楼的直击雷及其防雷措施

通信装置接地构成方法有两种:1.集成接地法。此法是采用了波导管, 同轴电缆将天线和通信装置练成的无线和传输装置等, 用螺钉固定在不需要绝缘的结构或者地面上。2.隔离接地法。是在接地时, 以隔离为基础的链接法。近期采用光纤电缆的无线和传输装置与通信装置间进行相互隔离, 同时与地面也要隔离。采用这种隔离接地方法的通信装置也是越来越多。

三、通信设施的防雷措施

对于一般的建筑物来说, 疏导、隔离、等位、消散等方法是主要的防雷击方法。疏导, 即将雷云中的电荷引向大地, 由此避免直接雷击产生的感应雷击流经需要接受保护的建筑物或机械设备, 进而避免这些建筑物或设遭受累雷击。最主要的防雷方法有如下四种方法。

3.1外部防护、内部防护

外部防护主要采用接地装置和避雷针相结合来加以防护。平时要安装好防雷击的配套设施, 应将电线穿于金属管内, 以实现可靠的屏蔽保障。另外, 在雷雨季节, 要请有关人员对防雷设施、消防设备、通讯系统等进行定期检查, 及时消除可能招至雷击的各种隐患。采用外部防护的原理是发生雷电接近地面时电场发生畸变, 才避雷线的顶部形成电场强度畸变以影响吸先导入点的雷电发展方向, 并引导其向避雷线放电, 再通过接地装置与接地引下线将雷电流引入大地, 从而防护雷电, 此法正是人们长期以来进行防直击雷的有效实践证明。大部分通信设备的避雷设施, 主要在通信塔上安装避雷针, 这种方法经济, 简单。

3.2避雷器

一般来说, 都是通过在天馈中安装避雷器来消除感应雷击的。避雷器在安装在天馈系统中的时候, 要注意以下几个问题。1、跟其他机械设备一样, 避雷器存在一定的损耗, 它或多或少地会影响到天线辐射信号的强度。另外。还要注意驻波比的变化, 通常情况下, 其规定要求的驻波比应不大于15;2、避雷器的链接端在与地链接时, 要保证可靠性。其接地电阻必须小于或等于5Ω, 否则防雷的效果将会受到一定程度上影响。部分较为重要的通信工具或设备, 一方面要在天馈系统中安装避雷器, 另一方面也要注意对供电系统进行防雷工作。通常性的作法就是将避雷装置安装到变压器和配电房中。

3.3均压带设置

在通信设备机房的屋顶四周必须设置均压带, 并用引下线与围绕通信设备机房敷设在房外的水平闭合接地带相连, 其引下线的数量应该保证在两根以上。通信设备接地网与房外的水平闭合接地带之间同样要至少保持两根以上链接, 这样做, 可以均匀发散所引下的雷电流, 使减少出现感应过电压的可能性。

3.4各类接地的布置要尽量合理化

通信设备的接地系统一般可以分为以下几点:交流电源工作接地;安全的保护接地;直流工作接地系统;防雷保护接地这四种。阻挡空间电磁波感应、磁场能量、过电压侵入被保护的通信设备就是屏蔽防雷措施目的, 最终是起到消除、抑制电磁场的危害和干扰。由于雷电过电压造成的通信终端、设备损坏、计算机网络瘫痪等意外事故时有发生, 也给国家和企业的经济造成极大的危害损失。通信设施的防雷措施和雷电过电压是保护人身安全、通信线路和设备的重要技术手段, 更是确保通信线路和设备运行率不可缺少的技术环节和通信网络建设及运行管理工作的重要基础部分。

四、交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

有效接地系统中的中性点不接地的变压器。如果其采用分级绝缘, 同时又没有装设保护间隙, 那就应该在其部位装设一个雷电过电压保护装置, 并且选变压器中性点金属氧化物避雷器为最佳。如中性点采用全绝缘的设计, 但变电所为单进线而且并没有单台变压器单独运行, 也应该将雷电过电压保护装置装设在中性点上。不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中的变压器中性点, 一般不状设保护装置, 但多雷区进行变电所且变压器中性点引出时, 宜装设保护装置;中性点接有消弧线圈得变压器, 如有单进线运行可能, 也应在中性点装设保护装置。改保护装置可任选金属氧化物避雷器或者碳化硅普通阀式避雷器。自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设阀式避雷器, 改阀式避雷器应装在自耦变压器和断路器之间。与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器的低压绕组如有开路运行的可能和发电厂双绕组变压器发电断开由高压侧倒送藏用电时, 应在变压器低压绕组三相出线上装设阀式避雷器, 以防护来自高压绕组的雷电波的感应电源畏惧低压绕组绝缘;但如果该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段, 则可以不用装置避雷器。

五、结束语

通过对防雷措施的多年经验和研究, 我们得出了宝贵的防雷方法措施。这些方法措施一直被我们在实践中采用实施。但随着通信装置不断发展, 科技不断的进步, 在过电压方面的反应也更加敏锐化, 也就有对防雷技术更高的要求。要从定量等数据明确雷击对通信装置的影响和发生的机理, 实行有效的防雷措施。

摘要：随着多媒体技术的迅速发展, 关于感应雷和建筑物直击雷在通信线路产生的雷电电涌的电压和电流特性及目前使用的抑制雷电过电压的保护措施都是我们应该学习和掌握的。

关键词：通信线路雷电电压措施

参考文献

[1]吕鹏.通信设施雷电过电压防护浅谈.科技信息, 2009, (10) :325

[2]占清华, 计想建.通信线路的雷电过电压及抑制措施.吉林农业C版, 2011, (6) :205

过电压抑制 篇2

一、在开关电源适配器输出端采用片式三端电容器与普通电解电容器组合改善滤波的高频特性。

开关电源适配器的输出端含有较大的噪声电压的峰-峰值，这是由于电解电容器在高频下的特性不完善所造成的。因为电解电容在高频下可以用电容、电阻和电感三者的串联来等效，所以在高频下电容对噪声的旁路作用不在明显。由于电阻和电感的存在，反而使噪声电压体现在开关电源适配器的输出端。

为了抑制开关电源适配器的输出噪声，通常有两个建议可供设计人员采用： 1）将输出端的电解电容一拆为几，即将一个大容量的电解电容采用几个小容量电解电容并联来替代。这一建议虽不能根本抑制噪声电压的产生，但用新办法所产生的信噪声电压的峰-峰值要比原来为小。

2）在电解电容旁边并联一个小容量的高频陶瓷电容器，利用高频电容在高频下所体现的低容抗，使输出噪声电压得到较大衰减（当然在印制电路板上的陶瓷电容也应该保持比较短的布线长度，保持尽可能小的线路阻抗）。

二、采用高性能的表面贴装滤波器。

采用表面贴装的高性能滤波器来改善输出电压噪声。贴装滤波器内部电路等效为一个π型滤波线路，在开关电源适配器的输出端串上一个贴装高性能滤波器。对比原来的输出噪声电压峰-峰值，会大幅减小，在示波器上，几乎显示为一条直线，说明输出电压的噪声已明显得到抑制，从而很好说明了表面贴装高性能滤波器在这个线路中的作用。

三、避免多个模块电源之间相互干扰。

当在同一块印制电路板上有多个模块电源一起工作，若两个模块靠得很近，模块电源本身是不屏蔽的，并且靠得很近，输出端也没有采用低阻抗的电容，而且两个模块离开实际的输出端子的距离又比较远时，则可能因为相互之间的干扰使输出噪声电压增加。为避免这种相互干扰，可采用屏蔽措施，或将它们的安装位置适当远离，以减小相互之间的影响。

四、在开关电源适配器的输出端增加一级低压差线性稳压电路。在开关电源或者模块电源输出后再加一个电压差线性稳压电路，能大幅度地降低输出噪声，以满足对噪声有特别要求的电路需要，输出噪声可达微伏级。

由于低压差线性稳压器的压差（输入与输出电压的差值）仅为几百毫伏，则在开关电源的输出略高于低压差线性稳压器几百毫伏就可以输出标准电压了，并且其损耗也不大。

浅析电网谐振过电压及其抑制 篇3

摘要：电网过电压现象非常普遍，针对谐振过电压的产生机理提出了一系列对策，能有效减少谐振过电压的产生，避免因此造成的电网危害，降低电力维护费用，并且提出了无人值守变电所的构思。

关键词：电网过电压谐振抑制变压器自动调谐

0引言

电网中的过电压现象十分普遍，随时都可能致使电力设施损毁、区域性停电，造成巨大经济损失。根据引起电网过电压的原因，主要可将它分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压。其中，谐振过电压在正常运行操作中出现最为频繁，其危害性也较大。过电压一旦产生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。多年来电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。

1针对各种不同类型谐振的性质与特点，制订防振和消振的对策与措施

为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以避免形成严重的串联谐振回路，或采取适当的防止谐振的措施。在电力生产和电力运行的中低压电网中，故障的形式和对应的解决方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该针对各种不同类型谐振的性质与特点，制订防振和消振的对策与措施。目前，我国35kV及以下配电网仍大部分采用中性点不接地方式运行，一部分采用老式的消弧(消谐)线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中，一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等，但始终没有从根本上解决问题。TV烧毁、熔丝熔断仍不断发生；另一方面，由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间(一般为2h)不致于引起用户断电，但随着中低压电网的扩大、出线回路数增多、线路增长、中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭，必然产生电弧过电压，一般为3－5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路进而造成设备损坏和停电事故。而采用老式消弧线圈接地方式的系统由于结构的限制，只能运行在过补偿状态，不能处在全补偿状态，所以脱谐度整定的比较大，约在20％－30％，对弧光过电压无抑制效果，并需要手动调节分接头，然而此时却不能随电网对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工作位置，影响功能发挥，也不适应无人值守变电所的需要。因此，我们可以采用自动调谐接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。目前自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远程自动控制，采用即时调节方式，即在正常运行方式情况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。自动跟踪和自动调谐利用微机控制器实现。通过测量位移电压为主和中性点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，显示有关参数，如电容电流、电感电流、残流和位移电压等，还能追忆、报警、自动打印和信号远送，满足无人值守变电所的需要。

改进型IPC抑制过电压的研究 篇4

相间功率控制器IPC(Interphase Power Con鄄troller)[1]的通用型结构,是在每相输电线中串入并联的容抗和感抗支路,容抗和感抗分别受控于2个移相电压。电感和电容的基频阻抗值可以形成共轭对(j XL=-j XC),也可具有不同的值,4个基本元件(2个阻抗和2个相位调节元件)的参数可按具体运行条件予以设计,从而形成具有不同特性的IPC结构[2鄄3]。现有研究表明,IPC在一定的条件下具有良好的潮流控制鲁棒性和限制短路电流和隔离故障的特性[4鄄10],曾被IEEE/PRS认为是当前最适宜开发的控制器之一[11]。

IPC的研究除了集中于潮流控制鲁棒性、短路电流限制及故障隔离特性外,也在电压特性方面开展了一些研究,并主要从电磁暂态仿真的角度分析IPC的暂态过电压[12鄄13]。目前,从正常运行电压特性、故障后运行电压特性的角度分析IPC电压特性的研究还很欠缺,至于研究如何避免过电压或减小过电压的文献更为少见。

本文基于IPC的通用电路模型,分析了IPC稳态电压的基本关系,讨论了系统发生故障时电感和电容两端发生过电压的原因,针对无功功率与电压成正比关系的原理对通用型IPC进行了改造:在IPC的受端加一个对地电抗,利用其可以在电路发生故障时抑制过电压,多次仿真说明了此种改造可以避免IPC中元件过电压,算例的分析也说明了此改造还可抑制输电线节点的过电压。

1 IPC的基本特性关系

IPC的通用电路模型如图1所示,图中Us、Ur分别为IPC送端和受端的电压相量,φ1、φ2分别为2个等效移相环节,XL、XC分别为感抗和容抗。

由图1可得如下关系:IPC的输送功率

电感和电容两端的电压降为

IPC传输的电流:

式(1)~(5)组成了通用型IPC的潮流及电压的基本关系,它们是分析IPC稳态特性的基础。

2 IPC受扰动时元件两端电压

IPC受扰动时有2种情况:第1种是IPC受端发生短路故障(即Ur=0);第2种是IPC的受端发生断路故障(即Ir=0)。

a.IPC的受端发生短路故障(即Ur=0)时,由式(1)~(5)可以看出,其在线路中的传输功率将变为0,而电感和电容两端的电压只与IPC的送端电压有关。特别是对调谐型IPC,由式(5)可知,其Ir将在故障前后保持不变,这说明,调谐型IPC有很好的限制短路电流和电压解耦作用。

b.IPC的受端发生断路故障(即Ir=0)时,由于IPC本身可以形成一个封闭电路,因此在其内部可以发生环流现象,导致IPC内部元件产生过电压,最为严重的为调谐型IPC,由于电感和电容的基频阻抗值相等,在其内部发生串联谐振,电感和电容的电压为

式中Q为串联谐振的品质因数,Q≠1。

所以除φ1=-φ2=kπ(k=1,2)外,电感和电容元件两端都将产生严重的过电压,损坏元件。此外,由式(5)可知,对于调谐型IPC,当Ir=0时,Us也会等于0,即送端发生短路,后果极其严重。

c.为了解决上述所提出的问题,将通用型IPC进行改造,在通用型IPC的受端加一个对地电抗,无功元件可以改变系统中的无功功率,基于无功功率与电压存在着密切的关系,改变无功功率即改变电压。

3 改造后IPC的原理结构

根据图1的电路形式,对通用型IPC进行了改造,在通用型IPC的受端加一个对地电抗。图2为改造后的IPC的结构图。其中,j X为对地感抗值。

3.1 改造后IPC的基本特性关系

根据图2的电路结构,可以得出改造后的IPC所输送的功率为

式(8)与式(1)相同。

因为加入线路中的为一个感性元件,其不产生也不消耗有功功率,只吸收无功功率。线路中传输的无功功率的减少可以改善系统节点两端的电压。

此时改造后IPC中电感和电容两端的电压由于运行情况的不同,其稳态电压降也不相同。由图2可知,正常运行和短路故障时,j XL和j XC两端电压与式(3)、式(4)相同。当IPC受端发生断路故障时,由于有电感j X的作用,其Ir不会发生突变,对电路电压有一个缓冲作用。此时又由于j X接地,形成一个回路,IPC中电感和电容两端的电压变为

IPC所传输的电流为

无功功率的减少,影响线路传输的电流。鉴于调谐型与非调谐型IPC传输电流的分析比较简单,在此不做阐述。

3.2 参数协调下的潮流控制

通过控制IPC的电感和电容参数,可以有效地控制线路中的潮流,而在线路的输送功率增大的情况下仍能保持线路端点的电压不越限[14鄄15]。如图3所示(横轴表示IPC首端与末端的角度差,纵轴表示通过IPC的有功功率和无功功率),Pr、Qr为通用型IPC在一定的参数时的功率曲线,为了提升线路的有功功率,减小IPC中电容的参数,使曲线由A点位置增到A′的位置,此时,无功功率曲线则由B点位置增到B′的位置,Pr1、Qr1为参数改变后的功率曲线。但是,由于无功功率与电压有密切的关系,无功功率增大,必将使端点的电压增大。

为了改善电压增大的问题,利用改进后的IPC无疑是一个很好的办法,这是在有功功率增加幅度不变的情况下,其无功功率曲线仅由B的位置增加到B″的位置,其增加幅度减小了B′B″,电压增大的问题应迎刃而解。

4 仿真分析

基于上述所提模型,分别对通用型IPC以及改造后的IPC在正常运行、短路故障、断路故障时进行了多次仿真计算。在仿真过程中所采用的元件参数为:Us=Ur=1.0 p.u.,δ=10°。调谐型IPC中移相角φ1=-φ2=120°,每相串联的一组电容C=20.264μF,电感L=0.5 H,对地电感L′=0.2 H。非调谐型IPC中φ1=120°,φ2=0°,每相串联的一组电容C=60.803μF,电感L=0.143 H,对地电感L′=0.2 H。其统计结果如表1所示。

从表1中可以明显地看出,通用型IPC和改造后的IPC在系统正常运行和短路故障运行时,其电感和电容元件两端的电压变化范围相等,唯一不同的是改造后的IPC受端电流Ir比通用型IPC受端电流的变化范围小,因为接地阻抗在运行时分担了通用型IPC正常运行时的电流的一部分,而在短路故障时,由于IPC受端直接接地,其电流不经过接地阻抗。调谐型IPC的受端电流与受端电压无关,所以其电流在正常运行和短路故障是相等的。

p.u.

断路故障时,通用型IPC中电感和电容两端明显的过电压,调谐型IPC中电感和电容元件电压甚至达到±1.5×105p.u.,如此大的过电压可以直接烧毁元件。非调谐型IPC比调谐型IPC效果好,但是元件两端电压仍超过正常时电压的5倍。而改造后的IPC则呈现出明显的优势。调谐型IPC元件两端不再出现过电压,而非调谐型IPC元件两端在原来的基础上又降低大约1/2。

可见,改造后的IPC在抑制过电压的作用上大大优于通用型IPC。

5 算例分析

为了说明IPC还能减小节点的过电压,本文以图4所示的3节点小系统为例,系统中包含3个节点、2条支路、2个负荷以及1台变压器。其中,1为平衡节点,3为PV节点,图中参数为标么值。

在线路1-2接近1节点的位置分别安装通用型IPC和改造后的IPC,没有安装IPC以及2种状态下的潮流及电压如表2所示。

从表2中可看到,在线路1-2中安装IPC后,线路传输有功功率和无功功率在一定幅度上都有所增加,通用型IPC所增加的功率略大于改造后的IPC。这是因为改造后的IPC在其受端增加一个接地电抗,会消耗一定的功率。但是,改造后的IPC在改变节点电压的幅度上比通用型IPC略胜一筹,它可使电压由原来的1.076 6 p.u.降低到1.008 4 p.u.,而通用型IPC则只降低到1.057 p.u.。依据此原理,当线路节点电压超高时,不妨在此支路上安装改造后的IPC。

6 结论

a.IPC是一种设计思想新颖的新型FACTS装置,其基本指导思想是利用电感支路和电容支路输送功率对于两端功角斜率的互补性,构成功率特性平坦的功率控制装置。IPC具有鲁棒性很强的有功功率控制特性,短路故障是可以有效地限制短路电流和电压解耦特性。

b.IPC在具有很好的功率特性的同时,也存在一些不利于其应用的缺点,如IPC需要两端都有较好的电压支持;IPC的过电压问题比较严重,特别是对于调谐型IPC,当IPC发生断路故障时,元件两端产生的过电压完全可以烧毁元件。

c.针对过电压问题,在通用型IPC的基础上对IPC加以改造:在IPC受端加一个接地阻抗。多次的仿真和算例分析都说明了此种改造可以抑制IPC中元件两端的过电压和线路节点的过电压。

摘要：研究了相间功率控制器(IPC)的基本结构和数学模型,分析通用型IPC在正常运行和短路故障时有良好的潮流控制和限制短路电流特性,但是在断路故障时,IPC中电感和电容元件两端以及节点会产生严重的过电压。为了解决过电压的问题,在通用型IPC基础上加以改进:在IPC的受端加一个接地阻抗,通过调节接地阻抗的参数,从而协调输出功率,无功功率的降低可以使过电压得到降低。仿真说明了该方法的有效性,算例说明增加接地阻抗也能抑制节点的过电压。

过电压抑制 篇5

关键词：单相接地,过电压,探讨与抑制

0 概述

小电流接地系统发生单相接地是电网运行的常见的主要故障形式, 单相接地的弧光过电压, 由于不采用措施, 就难以避免过电压对系统中所可能产生的不利因素, 对于发生在3-35kV中性点非直接接地的电网中的间歇性电弧接地过电压及谐振过电压, 幅值高、持续时间长, 对电气设备的内绝缘造成积累性损伤, 在外绝缘薄弱点造成对地间隙击穿或相间闪络引发短路事故, 造成高压设备爆炸。

在中性点不接地电网中, 单相接地并不改变三相系统电压的对称性, 电网的线电压的量值仍维持不变, 且仍具有120°的相位差, 三相用电设备的工作并未受到影响, 因而不影响电能的正常传输, 供电可靠性较高。另外中性点不接地系统中, 相与地间的绝缘是按线电压考虑的, 在发生一相接地时, 对线路绝缘及各类电气设备如变压器、电流/电压互感器、断路器等是没有危险的。所以, 我国35kV及以下配电网中性点绝大部分采用非有效接地的运行方式。

1 单相接地的危害

对于发生在3-35kV中性点非直接接地的电网中的间歇性电弧接地过电压及谐振过电压, 幅值高、持续时间长, 对电气设备的内绝缘造成积累性损伤, 在外绝缘薄弱点造成对地间隙击穿或相间闪络引发短路事故, 造成氧化锌避雷器爆炸。

危及3-35kV电网绝缘安全的主要因素是大气 (即雷电, 下同) 过电压与内部过电压, 因而长期以来采取的过电压保护措施仅是以防止大气过电压对设备的侵害。主要技术措施仅限于装设各种类型的避雷器。其保护值较高, 一般为正常运行时相对地电压峰值的4倍, 因而仅对保护雷电侵害有效, 对于内部过电压不起任何保护作用。运行经验证明, 当这类电网发展到一定规模时, 内部过电压, 特别是电网发生单相间隙性的弧光接地时产生的弧光接地过电压及特殊条件下产生的铁磁谐振过电压已成为这类电网设备及安全运行的一大威胁, 其中以单相弧光接地过电压为最。目前, 抑制这种过电压的主要措施仍是电网中性点经消弧线圈接地。

2 单相弧光接地的一般抑制方法

运行经验证明, 中性点经消弧线圈接地的电网, 单相弧光接地过电压造成的设备损坏及影响系统运行安全的事故仍时有发生, 其原因是消弧线圈是分级调谐的, 一旦系统运行方式变化, 馈线的增加及减少, 原补偿状态就被破坏, 故障状态下很难达到理想的补偿效果;另外, 消弧线圈伏安特性的好坏、电网频率和电压的波动、三相负荷不平衡、电容电流的自然变化和自然界一些气象条件等因素都影响故障点接地电弧的熄灭, 使中性点经消弧线圈接地的电网同样会发生单相弧光接地过电压。

3 氧化锌避雷器对过电压的抑制优缺点

当今电力系统广泛使用的过电压保护装置是无间隙金属氧化锌避雷器。在电力网中出现过电压时, 无论电压高低、能量大小、持续时间长短, 无间隙金属氧化锌避雷器都会动作, 以泄放过电压能量。在中性点非直接接地电网中, 无间隙金属氧化锌避雷器因承受不住间隙性电弧接地过电压和谐振过电压能量应力, 其设计都避开这两种过电压, 其额定电压、运行电压、参考电压值都高, 从而使残压过高, 降低了过电压保护水平。对于带串联间隙的金属氧化锌避雷器, 用串联间隙隔断上述过电压, 选用较低的参考电压值, 降低残压。但实际运行经验表明, 带串联间隙金属氧化锌避雷器仍时有爆炸, 其原因仍然是这种矛盾作用的结果, 串联了间隙, 提高了避雷器起始动作电压, 一旦发生长时间存在的超过间隙放电电压值的过电压, 避雷器仍然不能承受。过电压对设备的危害, 既决定于其幅值的大小, 又决定于累积时间的长短, 带串联间隙金属氧化锌避雷器对内部过电压不起限制作用, 而由设备绝缘承受所有可能出现的内部过电压, 频发的内部过电压加速绝缘老化, 影响其寿命。

4 消弧线圈抑制单相弧光接地的优缺点

目前国外 (国内也有少数地区开始试用) 对此类电网采取中性点经小电阻接地来限制弧光接地及谐振过电压, 但这种系统发生单相接地时, 不论单相接地故障是瞬间的、还是永久性的, 都直接将故障接地线路切除, 明显降低了供电可靠性, 而电力系统的运行经验表明, 单相接地故障绝大多数是瞬间的, 特别是架空线路的电网, 这样必然造成停电事故的急剧增多, 这对生产工艺连续性强, 安全要求高的工矿企业是很不利的。

目前, 限制弧光接地过电压的主要措施仍是电网中性点经消弧线圈接地。但消弧线圈并不能消除间隙性电弧接地过电压, 也不能限制过电压的幅值, 甚至使弧光接地过电压升高。消弧线圈不能补偿接地电流中的高频分量和有功分量, 高频性的间隙电弧接地仍然存在;在有功分量或残余电流大于一定值时, 故障点接地电弧同样不能自熄。实际运行经验也证明, 在中性点经消弧线圈接地的3-35kV电网中, 由电弧接地引发的事故时有发生。对于采取将间歇性电弧接地转变为母线金属性直接接地的消弧措施, 不仅由绝缘下降引起的单相接地, 发展为两相或三相短路事故仍然存在, 而且在母线接地和断开的瞬间造成对系统的冲击, 特别是断开接地母线 (相当于开断电容器) 瞬间产生的暂态过电压, 使在绝缘水平下降由过电压冲击引起的单相间隙电弧接地仍然再次发生, 不但不能消除瞬间单相接地故障, 反而将瞬间性故障转变为母线永久性接地故障, 严重威胁着电网安全运行。

电气设备总是具有电感或电容属性。当系统进行操作或发生故障时, 这些电感、电容元件形成振荡回路, 产生谐振, 导致系统出现严重的谐振过电压, 危及电气设备绝缘, 谐振持续的过电流甚至烧毁小容量电感元件设备。

现有运行规程规定, 当非直接接地系统发生单相接地故障时, 允许继续运行两小时, 如果单相接地故障为间隙性的弧光接地, 过电压的值最高可达3.5倍正常运行相电压的峰值, 这样高的电压数小时作用于电网, 势必造成电气设备内绝缘的积累性损伤及在外绝缘薄弱点造成对地击穿或线间闪络而引发成短路事故。

随着我国城网及农网大规模的技术改造, 电缆线路越来越多, 必然导致电容电流越来越大, 要求补偿用的消弧线圈容量也须随之加大, 对电容电流达上百安培的系统, 可能需要几台消弧线圈, 结构复杂, 运行可靠性差, 占地、经济上都比较困难, 同时, 一个变电站馈线是逐渐增多的, 接地电容电流逐渐增大, 并且运行中电容电流变化范围也较大, 自动跟踪补偿消弧线圈的跟踪范围有限, 不更换容量合适的消弧线圈, 也就难以满足补偿要求。

在中性点不接地或消弧线圈补偿电网中, 威胁设备绝缘的另一过电压是谐振过电压, 为了解决这类过电压对设备的侵害, 目前主要采用各种类型的专用消谐器, 不仅增加投资, 且一些消谐器都有不能正确地区分基波谐振和单相接地的共同缺点, 也就不能保证只在基波谐振发生时动作。

随着城乡电网的发展以及生产、生活对供电可靠性的要求越来越高, 每次绝缘事故造成的危害及波及面势必增加, 因而寻找新的、更有效的、能抑制弧光过电压和谐振过电压对这类电网的侵害, 提高这类电网运行可靠性的方法, 已成为新的课题。

5 使用消弧线圈抑制单相接地的改进设想

目前3-35kV中性点非有效接地的电力系统中, 广泛采用消弧线圈消除系统接地弧光, 如果能克服如下方案, 将具有优越伏安特性性能的非线性电阻代替消弧线圈, 从限制电弧电压, 消除电弧重燃的角度上抑制单相接地的弧光过电压, 由于不采用消弧线圈, 就避免了铁磁电感元件在系统中所可能产生的不利因素。

5.1

有完善的过电压保护, 除消除瞬间单相接地故障外, 能对各种过电压进行保护。

5.2 具有接地选线功能。

采取瞬时增大故障线路的零序电流, 依靠检测零序电流的相对量值进行判断, 原理简明, 计算迅速, 摆脱了电流互感器等测量误差的影响, 同时可以进行重复计算和重复判断, 灵敏度和可靠性都很高。

5.3 安全性好, 维护费用低。

通过限压器和电容并联接地, 结合微机自校功能, 自动消除装置可能出错引起的两相接地短路事故。

6 结论

我们对消弧线圈抑制单相接地的效果预想:能够自动根据配电网运行的状态, 判断有无过电压发生;能够自动判断配电网发生的过电压的性质;能够自动判断接地的相别;能够自动判断接地的性质 (弧光接地或金属性接地) ;能够快速消除瞬时性单相接地故障;消弧的方式不受电网的大小及运行方式改变的影响;能够充分发挥现有的微机继电保护装置的功能, 以增大线路本身的接地保护的选择性和动作的可靠性, 迅速选择故障线路, 切除故障点;具有限制谐振过电压的综合措施, 可以极大的提高电网的安全性和可靠性。

参考文献

[1]肖白, 束洪春, 高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].继电器, 2001, 29 (4) :16-20.

[2]贾轻泉, 刘连光, 杨以涵.应用小波检测故障突变特性实现配电网小电流接地故障选线保护[J].中国电机工程学报, 2001, 21 (10) .

浪涌电压干扰及其抑制 篇6

随着计算机及其他电子设备的广泛使用,电子设备遭受过电压危害已引起了人们的广泛关注。电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压,这种瞬时过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流),是一种瞬变干扰。浪涌呈脉冲状,其波前时间为数微秒,脉冲半峰值时间从几十微秒到几百微秒,脉冲幅度从几百伏到几万伏,或从几百安到上百千安,是一种能量较大的干扰[1],其瞬间产生的高电压及大电流是损坏电子元器件的主要原因。

1 浪涌干扰的特性

开关操作和雷击浪涌会在配电线路中引起瞬态过电压或过电流。在低压配电系统中由于雷电、系统内开关操作及系统事故等原因,外部及内部浪涌频繁出现。浪涌波形主要分布在低频部分,即主要能量集中在较低的频段内。但是在浪涌波形中所含的高频能量即使比较小也足以影响电子设备的正常运行。浪涌波形的波头越陡,其包含的频带越宽,高次谐波越丰富,波尾越长,低频部分越丰富。对于电子设备来说,高频是辐射干扰的主要原因,低频能量可通过压敏电阻、硅二极管和接地进行消除,而高频能量则必须通过滤波和屏蔽技术来抑制,一般低通滤波器可以进行高频滤波。

2 浪涌干扰的危害

浪涌干扰通常从交流电源线或信号线耦合到设备,瞬变电流或电压可能影响设备的正常工作,使数据瞬间乱态、丢失以致电路和元件毁坏(影响程度取决于冲击电流的大小和设备的抗扰度)。

雷电引起的干扰主要有4种可能的途径:①雷击瞬变,主要是间接雷击(通常设备都无法经受直接雷击),如雷电击中户外线路,有大量电流流入外部线路或接地电阻,从而产生干扰电压;②间接雷击在外部线路或内部线路感应出的电压或电流;③雷电击中附近的物体,在周围建立电磁场,使外部线路感应出电压;④雷电击中附近地面,地电流通过公共的接地系统时引起的干扰。

当切换负载时,下列几种情况可能引起浪涌:主电源系统切换时的干扰;同一个电网中,靠近电器的开关跳动时形成的干扰;电器附近具有晶闸管、可控硅等有谐振的电路;各种系统性故障或接地系统间的短路或飞弧故障。

瞬变电压的幅度与瞬变源的电流强度、供电系统的类型及系统的电参数有关。配电线的特性阻抗是其重要参数,将输电线作为传输线,则特性阻抗为:

${\rm Z}{}_0=\sqrt{\frac{L}{C}}$。

式中:L——输电线的电感;

C ——输电线的电容。

输电线浪涌的等效电路如图1所示。其中,U0为开路电压;I为短路电流,I=U0/Z0;ZL为负载阻抗(很小)。

3 浪涌干扰的抑制

由于浪涌的危害性,因此在家用电器的设计中必须考虑其影响,并增加防护措施。为了抑制雷击产生的瞬变电流,最佳的办法是使浪涌电流直接引入大地,因此可用避雷针把雷击直接引入地下。而电力线或信号线中产生的感应电流只有通过保护措施,使其在足够低的电压下,耗散或转移瞬变过程中产生的能量,以保证设备正常工作。其抑制器通常包括火花放电器(包括气体放电器)、变阻器(压敏电阻)、齐纳击穿抑制器以及瞬态电压抑制器(TVS)。

抑制器最基本的使用方法就是直接与被保护的用电设备并联,以便对超过被保护设备预定电压值的情况进行能量转移。其次,作为对设备的保护,就是对瞬变电压的能量转移能力。

3.1 避雷管

避雷管是一种气体放电管,管内充有一定种类和浓度的惰性气体。当线上感应瞬变高压时,促使放电管内的气体电离,使火线和零线短路,抑制差模电压,而火线和零线对地短路,使瞬间电流入地,抑制共模电压。当线间感应瞬变高压时,既能抑制共模电压又能抑制差模电压。此外,避雷管还具有很高的绝缘电阻(在起弧之前)和很小的寄生电容,对设备的正常工作不会产生有害的影响。但避雷管对浪涌电压的响应速度较慢,在选择避雷管时应予以考虑。

3.2 氧化锌压敏电阻

氧化锌压敏电阻是以氧化锌为主体材料制成的压敏电阻,其具有电压非线性系数高、容量大、残压低、漏电流小、无续流、伏安特性对称、电压范围宽、响应速度快、电压温度系数小、工艺简单、成本低廉等优点,是目前广泛使用的浪涌电压保护器件。它适用于交流电源电压的浪涌吸收、各种接点间的浪涌电压吸收及灭弧,三极管、晶闸管等电力电子器件的浪涌电压保护。压敏电阻是一种金属氧化物,其本质是在晶粒周围含有玻璃釉的、能导电的氧化锌材料,这种结构形成了PN结半导体特性。压敏电阻是一个多结器件,这些结是并联和串联在一起的。串联起来的结有着较高的电压额定值,而并联起来的结则有着较高的电流额定值。它吸收的能量额定值取决于电压和电流这两方面,所以是与压敏电阻的体积成正比的。其特点是通过该非线性电阻的电流随施加的电压的指数上升。压敏电阻的伏安特性与双极稳压管相似,描述它的电气参数中最主要的是压敏电压和浪涌电流的吸收能力。通常把它加在电源线/信号线与地之间或电源线/信号线之间,可使浪涌电流到地或通过变阻器旁路,达到保护电路元器件的目的。安装压敏电阻时应使其引线尽量短,否则引线电感会抵消压敏电阻的高速响应的特点。压敏电阻的选择也要根据使用电路的工作电压来选用,如果选用不当,不仅起不到保护作用,反而易形成故障[2]。一般电路可掌握在按使用电压的1.2倍～1.4倍的关系来选择标准电压,同时要注意有效值和峰值间的换算。如对220 V系统来说,选用的压敏电阻标准电压应为1.4×1.4×220≈430 V[3]。

如按压敏电阻的冲击电流吸收能力来说,大体上1 kA的可用在可控硅保护上,3 kA的可用于电器设备的电涌吸收,5 kA的可用于雷击及电子设备的过电压吸收,10 kA的可用于雷击保护。

3.3 瞬态电压抑制器

另一种浪涌抑制元件是瞬态电压抑制器(TVS)。当TVS两极受到反向高能量冲击时,它能以10 s～12 s级的速度,将其两极间的阻抗由高变低,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极的电位箝位于预定值,有效地保护自动化设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、体积小等优点,目前被广泛应用于电子设备上。

TVS的正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件。在浪涌电压的作用下,TVS两极间的电压由额定反向关断电压上升到击穿电压而被击穿。随着击穿电流的出现,流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流,同时在其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。其后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS两极间的电压也不断下降,最后恢复到初态,这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率、保护电子元器件的过程。

在使用中,TVS的击穿电压应当比被保护电路的工作电压高出10%以上,以防止由于接近电路的工作电压而使TVS的漏电流影响了电路的工作,同时,也避免了由于温度效应引起的TVS的变化。

参考文献

[1]李舜阳,罗敏刚.瞬变电流(浪涌)的产生和抑制[J].安全与电磁兼容,1999(3):6-9.

[2]潘建.电子产品的瞬变和浪涌防护[J].国外电子元器件,2001(10):18-21.

过电压抑制 篇7

关键词：电网谐振,谐振过电压,危害,限制措施

在电力系统中或者说在电力供电电网上, 过电压现象十分普遍。如果没有防范措施, 随时都可能发生, 也随时都可以发现。引起电网过电压的原因很多。主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压;其中谐振过电压在正常运行操作中出现的频率较大, 其危害性也较大。

1 铁磁谐振的危害

铁磁谐振的危害主要有7个方面: (1) 铁磁谐振过电压, 会使那些有铁芯的电气设备中的铁芯迅速饱和, 导致绕组的励磁电流迅猛增涨。严重时, 可达额定励磁电流的百倍以上。从而引起电压互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸。 (2) 在某些特定情况下, 铁磁谐振过电压可能会很高 (最大为相电压的3倍左右) , 引起绝缘闪络或避雷器爆炸。 (3) 铁磁谐振过电压, 会引起电压互感器、电流互感器、避雷器、绝缘子的瓷裙表面闪络而爆炸, 甚至会形成短路。 (4) 铁磁谐振过电压, 会使电气设备的绝缘击穿而导致这些设备损毁。 (5) 铁磁谐振过电压, 会使有污秽的电气设备表面闪络, 而引起短路。 (6) 铁磁谐振过电压出现时, 电网中可能并无接地点, 但会出现虚幻接地现象, 使运行值班人员造成错觉。 (7) 铁磁谐振过电压出现时, 如果工作、保护等接地网的接地电阻不合格, 此过电压还可以通过设备的接地引下线, 窜入接地网, 使接地电压升高, 从而危及现场人员的人身安全。

2 产生铁磁谐振过电压的激发条件

构成谐振激发条件有以下几方面。

(1) 包括电压互感器在内的空载母线或送电线路的突然合闸, 这使互感器的某一相或两相绕组内产生巨大的涌流和磁饱和现象。

(2) 由于雷击或其他原因, 线路中发生瞬间单相弧光接地, 使其他两相瞬间升至线电压。而故障相在接地消失后有瞬间恢复至相电压, 以至造成暂态励磁涌流的急剧增大和铁芯的磁饱和。

(3) 由于另一组绕组瞬间传递过来的过电压所引起。例如另绕组发生瞬间的单相接地或不同期切合。

(4) 在某些补偿电网中, 当消弧线圈退出运行时, 常会激发互感器的铁磁谐振过电压。

3 串联铁磁谐振过电压产生的机理

串联铁磁谐振电路特性曲线如图1所示。正常情况下, 电源相电压为Up, “L—C”串联电路的工作点在图1曲线的a点, Ia很小, Ia在L, C上的压降很小, Up=UL+Uc电路呈感性。

在外部条件激发下, 拉合闸时, TV铁芯饱和。L下降变小, 串联电路的工作点由a点变至b点并跳跃至c点, 此时电路呈容性。Ic>Ia, Ic将使TV过电流数十倍, 同时在L, C上的压降UL和Uc远高于电源电压, 其有效值一般可达1.6～3Up的过电压。

通过以上分析可以看出, 在外界条件激发下, 当TV的非线性电感L变化足够大, 串联铁磁谐振就可能发生。

4 谐振过电压的限制措施

鉴于110kV及以上有效接地系统的TV饱和铁磁谐振过经常发生, 其谐振过电压的激发是具有随机性的, 严重时, 母线TV损坏, 甚至导致TV爆炸, 危及二次保护设备及一次TV附近设备。必须加以预防和限制。

(1) 在运行方式上和倒闸操作过程中, 防止断路器断口电容器与空载母线及母线TV构成串联谐振回路, 以防止因谐振过电压损坏设备。

(2) 改用电容式TV, 这种方法从根本上消除了铁磁谐振的条件。清远供电局现在新投运的电压互感器都是电容式电压互感器, 以前电磁式电压互感器已经大部分改造完毕。这已基本上消除了系统发生串联谐振的条件。

(3) 取消断路器的断口电容。这种方法也消除了谐振产生的条件。以前变电站110kV以上电压等级的断路器多数用平顶山生产的带断口电容的断路器。现在经过技术改造, 这种断路器已经基本上改造完毕。

(4) 在TV二次侧接入电阻、整流装置或消谐装置。这些方法需要更多的运行经验。

当系统发生谐振时, 应采取以下措施消除谐振。

1) 改变系统的运行方式。改变运行方式, 破坏产生谐振的参数条件, 谐振现象也就消失了。在运行条件许可的情况下, 可将分列运行转为并列运行, 或者将并列运行转为分列运行。

2) 切除母线电压互感器。电压互感器退出运行时, 振荡没有回路, 切除电压互感器有两种方式: (1) 瞬间拉合谐振系统的电压互感器。需要注意的是, 被切除的电压互感器重新投运时, 所产生的涌流效应可能再度激发起谐振。 (2) 母线分段运行的中性点不接地系统, 可以先转并列运行, 若谐振不消失, 投入两台TV二次电压切换开关, 而后将其中一台TV退出运行。

3)投入具备送电条件的线路。投入这些线路时, 回路的电容值变大, 可达到消谐的目的。

4)切除空载运行的线路。减少线路的回路数, 改变系统的参数, 可达到消谐的目的。

5)投入消弧线圈。在中性点经消弧线圈接地的情况下, 其电感值L远比互感器的励磁电感为小, 回路的零序自振频率决定于L和Co, 互感器所引起的谐振现象也就成为不可能。35kV系统发生谐振时, 可采取此法。

5 结语

本文对电网谐振过电压的危害、激发条件、原理、预防和限制措施作了分析。目的是使我们变电运行值班人员今后在工作中预防电网串联谐振过电压的产生, 并提高我们在今后遇到电网串联谐振过电压时的应急处理能力。必须指出, 消除谐振过电压的方法各种各样, 可根据当时的具体运行方式灵活运用, 以期杜绝因谐振过电压造成的设备损坏, 提高供电设备运行的可靠性。

参考文献

过电压抑制 篇8

关键词：EMTP/ATP,并联电容器,操作过电压,阻尼装置

随着社会经济的不断发展, 对电能质量的要求更高, 大量的并联电容器组广泛地应用于电力系统中[1]。为了提高输变电设备的利用率, 维持系统电压的稳定和降低输电环节的电能损耗, 就不可避免地频繁投切并联无功补偿装置, 确保电网安全稳定运行。投切并联无功补偿装置时产生的过电压主要有两种:一种是合闸时产生的过电压;另一种是切除时, 由于开关发生重燃产生的过电压。第二种过电压对并联无功补偿装置的危害更为严重。操作过电压成为电容器运行中的一个危险因素, 对并联电容器组操作过电压的抑制, 是并联电容器组运行的一个重要课题[2,3]。

EMTP/ATP是目前国内外通用的电磁暂态分析程序, 它具有良好的开放性, 算法成熟可靠, 计算精度高。为此, 文章选用EMTP/ATP程序, 对可能产生的操作过电压进行分析研究, 并选定合适的保护措施来抑制过电压。

1 并联电容器操作过电压的种类[4]

并联电容器操作过电压的种类如表1所示。

2 并联电容器操作过电压分析

并联电容器的操作过电压主要指分闸重燃过电压, 合闸时一般不会产生威胁电容器绝缘的过电压。当电容器组分闸时, 如果三相开关同时分闸, 且开关不发生重燃, 那电容器上的极间电压不高, 残余电荷通过放电线圈泄放, 不会产生危害电容器装置的过电压和过电流。但实际系统中, 断路器断开后, 断口电压超过断路器介质恢复强度, 就会发生断路器重燃而使电路接通, 由于电容器初始电压与其稳态电压不同, 回路中会产生暂态振荡过程, 从而出现较高水平的过电压。切除电容器时真空断路器发生重燃产生的过电压主要是由于断路器开断后, 触头一侧为工频电源, 另一侧为高频振荡的电磁能量, 在触头开距小且触头间耐压不充分的情况下将会发生电弧重燃, 电源向回路的电容进行充电, 导致重燃时流过的高频电流达105~106Hz。充放电的振荡过程会导致电容器组产生很高过电压, 可能会达到系统电压3倍以上。开关重燃相当于是一次带初始条件的合闸, 所以假设在重燃时刻, 电容器组通过电弧与系统重新连接, 模型设定为断路器在重燃时刻重合闸[5]。

通常重燃分为单相重燃、两相重燃、三相重燃, 其中单相重燃出现概率较大, 两相重燃和三相重燃出现概率相对较小[6]。在投切电容器组的时候时, 发生的重燃现象往往在电流开断后40ms~100ms之间。单相重燃时, 由电容器、中性点杂散电容及限流电抗器电感构成的高频振荡回路中将产生自由振荡。两相重燃时, 重燃回路将按回路电感与电容器组构成的们振荡回路固有频率充放电, 断路器可能多次重燃。最严重情况下, 每次重燃后电容器上的最高过电压值达到上次重燃时的过电压值与2倍线电压幅值之和, 使得电容器过电压不断升高, 形成“级升”过电压。在实际应用中, 单相重燃出现的几率比较大, 而两相重燃的危害更大, 三相重燃的概率很小, 在此只考虑单相重燃和两相重燃。

3 电磁暂态模型的建立

真空断路器投切并联电容器的等效电路见图1, 其仿真模块见图2。某500k V变电站35KV无功补偿系统, 频率50HZ, 每相等值电容为18.65uf, 每相等值电抗为62.11mh。电源中性点直接接地, 变压器为YN/yn0/dll接线的三绕组变压器, 变比为525/230/36, 单位k V, 中压绕组开路;低压侧负荷采用电阻和电感串联后星形连接模拟并联电容器采用单星形、中性点不接地接线方式。电容器中性点对地杂散电容、母线对地杂散电容、电容器高压端对地电容取经验值, 分别为300uf、0.0001uf和100uf。

A相电压在20ms达到峰值35KV, 设A相在20ms断开, 则电流在0.0233s过零。因为重燃时间一般发生在分闸后40~100ms, 所以重燃发生的时间区间在0.06s~0.12s之间, 不妨假定A相在0.0764s发生重击穿, B相分闸时间为0.0667s, C相分闸时间为0.0745s。为了方便比较, 设定另一组在波谷闸合闸时刻为:以及A相在0.0864s合闸, B相在0.0767s分闸, C相在0.0845s分闸。若发生两相重燃, B相同样在分闸后40ms~100ms之间发生重燃, 我们考虑在电压峰值的时候发生两相重燃时间取0.1197s.计算中所使用的谐振过电压和操作过电压的基准值:1.0p.u.=2Um/3=2×40.5/3=33.07KV, 其中Um为系统最高电压。

由图3可以看出, 在正常分闸的情况下, 电容器组的极间电压在允许范围之内。假如单相重燃发生在电压峰值, 此时A相电容器极间包含了高频震荡分量, 电压最大瞬时值为71.3KV, 71.3/33.07=2.1p.u.其冲击电流最大瞬时值为22.5KA.若单相重燃发生在电压波谷的时候, 此时电压的最大瞬时值为67.2KV, 55.2/33.07=1.6p.u.两相重燃的电压最大瞬时值为82.4KV, 82.4/33.07=2.5p.u.导致电容器极间的过电压以外, 还造成中性点电压偏高, 容易引起电容器极间绝缘的破坏。在最严重情况下 (电容器的残压与电源电压瞬时值极性相反, 断路器断口电压最大时) , 生断路器重燃时振荡过程比较剧烈, 将出现过大的振荡充电电流, 这一电流比电容器投入时的涌流大得多, 虽然其持续时间较短, 但巨大的电流也可能造成电容器及其限流电抗器过电流损坏。

比较分析可以把模型中的并联断路器动作时间设定为:A相0.02s分闸, 0.0764合闸;B相0.0667s分闸, 0.1197s合闸;C相0.0745s分闸。这是根据最严重的过电压情况设定的, 下文引入的阻尼装置进行分析比较, 也就是采用这一模型。

4 过电压保护分析

针对频繁地投切并联电容器组所产生的过电压, 采用了阻尼装置进行限制。

4.1 阻尼装置的结构原理

在投切电容器时, 回路中产生过渡过程, 在此过程中将出现过电压。如果在回路中接有电阻元件, 由于电阻的阻尼作用将使衰减系数增大、过电压幅值降低。阻尼保护装置原理示意见图10。

E为电源电压, 加装的过电压阻尼装置由火花间隙G与阻尼电阻R串联组成, 该装置并联在并联电容器C的串联电抗器L的两端。火花间隙受控于自身的电压电流, 仅在电容器组投入或切除的瞬间接入电路。间隙的动作电压应该大于系统正常运行时电抗器上的电压, 保证在系统正常运行时阻尼电阻上无电流通过, 不参与系统运行;同时, 动作电压应该小于开关合闸或发生重燃时在电抗器上产生的暂态过电压, 确保其尽可能的参与此时系统的暂态过程, 阻尼暂态过程中的过电压和过电流。当K闭合, 相当于在回路加了一个阶跃电压, L中的电流不能发生骤变, 此时G两端会产生一个较高的电压, 超过其整定值, G闭合。随着涌流的迅速衰减, 电抗器两端电压下降, 电流有效值低于间隙整定值, 自动熄弧, 阻尼电阻撤出, 从而避免了阻尼电阻长期通电所引起的损耗。

当阻尼电阻过大时, 它流过的电流很小, 对回路的影响也很小, 相当于未接入阻尼电阻, 不能产生阻尼作用;当阻尼电阻过小时, 又相当于将电感短路, 也不能起到阻尼作用。因此, 在一定的回路条件下, 必定有一个最佳电阻值, 在此阻值下可将电容器组的过电压或过电流降到可能的最低值, 确保系统的稳定正常运行。设根据资料分析, 当阻尼电阻等于时, 为理想的保护参数[7]。

4.2 阻尼装置的仿真分析

由图11, 图12, 图13可以看出, 在投切电容器时, 回路中产生过渡过程, 在此过程中将出现过电压。如果在回路中接有电阻元件, 由于电阻的阻尼作用将使衰减系数增大, 电抗器支路电压、电容器支路电压, 中性点电压幅值降低。仿真表明, 阻尼装置对过电压保护起到一定的作用。

5 结束语

投入和切除并联电容器组时的电磁暂态过程比较复杂, 本文通过分析切除电容器时真空断路器发生重燃产生过电压的机理, 建立了模拟并联电容补偿装置电弧重燃的模型, 通过对并联电容补偿装置进行单相、两相重燃的仿真, 验证了模型的正确性和实用性。并且利用阻尼装置限制其过电压, 仿真计算表明选取合适的电阻参数保护效果明显, 有利于并联电容器的安全运行, 为电网的运行管理提供参考和借鉴。

参考文献

[1]王锡凡.电力工程基础[M].西安:西安交通大学出版社, 1998.

[2]刘介才.实用供配电技术手册[M].北京:中国水利水电出版社, 2001.

[3]Rizy D T, Gunther E W, McGranaghan M F.Transient andHarmonic Voltages Associated with Automated CapacitorSwiching on Distribution Systems.IEEE Transactions OnPower System[J].1987, 2 (3) :713-723.

[4]陈建聪.并联电容器组的过电压保护[J].电力电容器2001, 1 (2) .

[5]张森峰, 商立群.并联电容器组分闸重燃过电压仿[J].高压电器, 2011.

[6]陈鹏云, 苏梓铭, 鲁铁成, 甘艳, 王成智.无功补偿装置电磁暂态仿真计算[J].电力电容器与无功补偿, 2010 (5) .

过电压抑制 篇9

1 10 k V并联电容器组操作过电压产生的原因

1.1 10 k V并联电容器组操作过电压的类型

电容器组的操作过电压产生原因可分为以下几种类型[2]:

(1)电容器合闸时产生的极间过电压。

(2)电容器合闸时产生的相间过电压。

(3)电容器与变压器同时合闸时产生的动态过电压。

(4)电容器分闸时产生的重燃过电压。

(5)电容器分闸的远方放大过电压。

(6)开断带中性点接地电压互感器的电容器组的过电压。

(7)开断电容器近区故障时产生的过电压。

(8)电容器组的其他过电压。

关于上述电容器组操作过电压的机理各种参考文献都有详细介绍[3],本文重点讨论如何实现10 kV并联电容器组无操作过电压、无涌流的投切。

1.2 10 kV并联电容器组投切时产生过电压的原因

目前10 kV并联电容器组投切常用的电气设备为真空断路器,其结构简单、维护方便、安全可靠,已广泛应用于电力系统中。但由于是纯机械机构,用来投切电容器组会产生操作过电压,一般有4种类型:

(1)截流过电压:由于流过弧隙的电流突然截断而产生的过电压。

(2)多次重燃过电压:由于弧隙发生多次重燃,多次对电容进行充电而产生的过电压。

(3)三相不同时开断过电压:由于断路器首先断开相弧隙中的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零而产生的过电压。

(4)三相不同时闭合过电压:由于三相电压相位差的原因,每相对电容器充电电压幅值不同所产生的过电压。

2 目前常规的解决方案

目前,10 kV以上电网的无功补偿主要采用真空断路器投切电容器组,因而在电容器投切的过程中会产生很高的操作过电压和很大的涌流,常规的解决方法是在电容器装置上安装氧化锌避雷器[4],利用其非线性伏安特性限制过电压幅值;在主回路中串联电抗器,利用其特性限制涌流的大小,达到保护电容器装置的目的。这种方案虽然在一定程度上降低了电容器组投切过程中的安全隐患、减小了对电网的冲击,但是没有从根本上解决真空断路器投切过程中的操作过电压和涌流。

3 高压大功率可控硅解决方案

由于真空断路器投切电容器组有许多缺点,因此出现了大量针对使用电子开关投切电容器组的研究。随着电力电子器件的不断研制、日臻成熟,电子开关的研制与使用也成为了可能。经过不断探索和大量试验,高压大功率可控硅作为开关器件可从根本上解决真空断路器存在的不足。

3.1 可控硅开关的特性

可控硅开关的主要特性:(1)可控硅没有机械触点,不存在触点弹跳和多次重燃问题。(2)可控硅关断和导通的相位相差120°,不存在三相同时导通和关断。

由以上特性可以看出:如果配以高压大功率可控硅,则可以有效地抑制电容器组投切时产生的操作过电压。但可控硅的最大不足就是断开短路电流的能力较弱,即使高压大功率可控硅也是如此。

3.2 高压大功率可控硅的使用方式

为了弥补可控硅断开短路电流能力较弱问题,并充分利用其开关特性作为开关器件使用,尝试与真空断路器配合,收到了良好的效果。具体控制电路如图1所示。

高压大功率可控硅开关器件与真空短路器配合使用,对电容器进行投切操作时的顺序是:

(1)投入电容器:先合真空断路器,再合可控硅。

(2)关断电容器:先断可控硅,再断真空断路器。

4 关于操作过电压及涌流的控制

(1)操作过电压产生的原因:在三相系统断路器投切电容器过程中,对于电容器组星形接线(中性点不接地系统,接线原理如图2所示,其各相断路器触头的断开操作过电压为:

其中um为相电压最大值。

由上式得,各相断路器正常断开时触头两端的最大操作过电压为:

因此断路器分断后,断路器触头的最大操作过电压对于介质强度差的断路器可能出现不同性质的击穿[5]。

(2)三相断路器中,两相触头出现击穿时,其等效电路如图3所示,此时:

此时A、C相断路器触头发生重燃的可能性最大,其等效电路如图4所示。

重燃后,L总=L1+L2;L=L1=L2

重然后,Ca、Cc上的电压由(-1.73um-1.0um)=-2.37um向电源+1.73um靠拢,uc=2u稳-u初=2×1.73um-(-2.73um)=5.83um。加上电容器原来的残压,Ca充电到2.73um,Cc充电到3.1um,均超过电容器极间绝缘2.15um耐压值[6,7],对于电容器介质是很高的极间过电压。而所采用可控硅开关的关断是电流过零关断,从根本上解决了断路器重燃时的操作过电压。

(3)涌流的控制:要想消除电容器投入操作时的涌流,就应该使电容器两端的电流不出现暂态过渡过程,应满足以下2个条件:

(1)可控硅投入初相角Ф=±π/2。

(2)电容器上充电电压Uc=±Um/(1-W2LC)。

但是在实际工作中,同时满足这2个条件是很困难的[8],只有采用“投入瞬间可控硅两端电压差为零”的方法。当可控硅两端电压差为零时,即可保证暂态电流峰值不超过稳态峰值的2倍,且当投入相位为±90°时,恰好满足了无过渡投入电容器的条件。要想使可控硅两端电压差为零,就必须获得可控硅两端的电压信号,其两端电压是由电源电压和电容器组的残压叠加而成的,存在交流成分和直流成分,本方法采用电阻分压测量电容器组上的直流残压,其原理图如图5所示。

首次投入时,电容器上没有残压,关断和频繁操作(2次投入间隔时间小于电容器组的充分放电时间)对残压的测量尤为重要。

5 实验结果

实验条件:根据上述原理图搭建主回路和控制电路,三相电源采用380 V(以380 V模拟10 kV),采用3个100μF电容器,不串电抗器。

在电容器无残压和有残压的情况分别进行测试。测试结果表明,此控制电路可以在电容器任意残压下实现无操作过电压、无涌流投切电容器组。具体实验电流波形如图6所示。其中横轴为时间轴,每格为2.5 ms;CH1通道正弦波为A相参考电压通过变压器降压获得,每格20 V;CH2通道为相应A、B、C相电流波形,每格10 V、1Ω,即每格10 A。

采用高压大功率可控硅与真空断路器配合使用,完成对电容器组的投切操作,能够消除电容器投切过程中的操作过电压和涌流。从根本上解决了单一真空断路器投切电容器的不足,从而消除了电容器组安全运行的危险因素,对电网的安全运行有着积极的意义。

参考文献

[1]谷永刚.晶闸管投切电容器技术的研究现状与发展[J].电力电子技术,2003(2):85-88.

[2]黄绍平.TSC无功补偿装置的设计[J].高压电器,2003(6):33-35.

[3]谢广润.电力系统过电压[M].北京:水利水电出版社,1991.

[4]石新春.一种采用零电压型开关的TSC低压无功补偿装置[J].电网技术,2000,24(12):41-44.

[5]谷定燮.氧化锌避雷器限制切并联电容器过电压效果及其能量计算的研究[J].高电压技术,1993(2):21-24.

[6]苏文成.无功补偿与电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,1989.

[7]王兆安,杨君.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1989.