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間歇電弧接地過電壓的防護措施

所屬欄目:電力論文 發(fā)布日期:2012-12-19 09:54 熱度:

  摘要:本文結(jié)合工程實例對間歇電弧接地過電壓的防護措施進行了探討,可供大家參考。

  關(guān)鍵詞:間歇電弧,接地故障,發(fā)展過程,防護措施

  運行經(jīng)驗表明,電力系統(tǒng)中的故障至少有60%是單項接地故障,隨著電網(wǎng)的發(fā)展和電壓等級的提高,單相接地的電容電流也隨之增加,當(dāng)6~10kV電網(wǎng)的對地電容電流超過30A,35~60kV電網(wǎng)的對地電容電流超過10A時,電弧就難以自動熄滅,而以間歇電弧的形式存在,就會產(chǎn)生一種嚴重的操作過電壓——間歇電弧接地過電壓。這種電壓的演化過程和幅值大小都與熄弧的時間有關(guān),并存在有兩種熄弧時間:一種是電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時熄滅,另一種是電弧等到工頻電流過零時才能熄滅,當(dāng)然,這種電容電流一般不會形成穩(wěn)定電弧的程度,因此在故障點可能出現(xiàn)電弧“熄滅—重燃”的間歇現(xiàn)象,引起電力系統(tǒng)狀態(tài)瞬息改變,導(dǎo)致電網(wǎng)中電感、電容回路的電磁振蕩,系統(tǒng)中性點發(fā)生偏移,健全相和故障相都產(chǎn)生過電壓。

  1、發(fā)展過程

  這種過電壓的發(fā)展過程和幅值大小都與 熄弧時間有關(guān)。存在兩種熄弧時間:

  電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時即可熄滅電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過零的時刻下面假定電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過零的時刻,來說明這種過電壓的物理發(fā)展過程:作如下簡化:

  1)略去線間電容的影響;

  2)設(shè)各相導(dǎo)線的對地電容均相等,即 C1=C2=C3=C。就可得如圖1 (a)所示的等值電路。

  設(shè)接地故障發(fā)生于A相,而且是正當(dāng) U A 經(jīng)過幅值CU 時發(fā)生,這樣A相導(dǎo)線的電位立即變?yōu)榱悖行渣c電位 U N 由零升至相電壓,即U N =- U A ,B、C兩相的對地電壓 都升高到線電壓 U BA U CA 。

  流過C2和C3的電流I2和I3分別較UBA和UCA超前90O,其幅值為

  I2=I3=√3ωCU 因為I2與I3在相位上相差60O,所以故障點的電流幅值為

  IC=√3 I2=√3ωCU ∝Un·l

  Un—電網(wǎng)額定電壓

  l—線路總長度

  C—每相導(dǎo)線的對地電容

  C0—單位長度的對地電容

  由此可知:1)流過故障點的電流是線路對地電容所引起的電容電流

  2)故障電流的大小與電網(wǎng)額定電壓和線路總長度成正比

  如以uA,uB,uC代表三相電源電壓;以u1,u2,u3代表三相導(dǎo)線的對地電壓,即C1、C2、C3上的電壓,則通過分析可得如圖2所示的過電壓發(fā)展過程。

  按工頻電流過零時熄弧的理論分析得出的結(jié)論是:

  1)非故障相上的最大過電壓為3.5倍;

  2)故障相上的最大過電壓為2.0倍。

  長期以來大量試驗研究表明:故障點電弧在工頻電流過零時和高頻電流過零時熄滅都是可能的。

  發(fā)生在大氣中的開放性電弧往往要到工頻電流過零時才能熄滅;在強烈去電離的條件下,電弧往往在高頻電流過零時就能熄滅。電弧的燃燒和熄滅會受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件等的影響,具有很強的隨機性質(zhì),因而它所引起的過電壓值具有統(tǒng)計性質(zhì)。

  2、防護措施

  為了消除電弧接地過電壓,最根本的途徑就是消除間歇性電弧,可以通過改變中性點接地方式來實現(xiàn)。

  2.1采用中性點直接接地方式,若中性點接地,單相接地故障將在接地點產(chǎn)生很大的短路電流,斷路器將跳閘,從而徹底消除電弧接地過電壓。目前,110kV及以上電網(wǎng)大多采用中性點直接接地的運行方式。

  2.2采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式 采用中性點直接接地方式雖然能夠解決斷續(xù)電弧問題,但每次發(fā)生單相接地故障都會引起斷路器頻繁跳閘,嚴重影響供電的連續(xù)性。所以,我國35kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。

  根據(jù)補償度的不同,消弧線圈可以處于三種不同的運行狀態(tài):

  (1)欠補償

  消弧線圈的電感電流不足以完全補償電容電流,此時故障點流過的殘流為容性電流。

  (2)全補償

  消弧線圈的電感電流恰好完全補償電容電流,此時流過故障點的殘流為泄露電流。

  (3)過補償

  消弧線圈的電感電流不僅完全補償電容電流且還有數(shù)量超出,此時流過故障點的殘流為感性電流。

  3、案例分析

  某110kV變電站35kV線路開關(guān)B相爆裂事故分析

  3.1事故前運行方式:

  某110kV變電站,110kV采用中性點直接接地的運行,35kV中性點不接地運行。#1主變運行帶10kVⅠ段母線各出線、#2主變運行帶35kV母線(沒有分段)及10kVⅡ段各出線運行。#1主變中壓側(cè)開關(guān),10kV母聯(lián)開關(guān)處于熱備用狀態(tài)。35kV QS4線空載運行。

  3.2 故障經(jīng)過: 12時24分20秒110kV變電站#2主變中壓側(cè)保護裝置過電流Ⅱ段保護動作出口,跳開主變中壓側(cè)開關(guān),35kV母線失壓,當(dāng)時故障電流Ia=11.6A(二次值),Ib=10.5A(二次值),Ic=1.7A(二次值),Ua:61.3V, Ub:1.3 V, Uc:87.3 V,U0:66.2 V。過電流保護(定值:5.3A(二次值),2.1S,變比:800/5),

  經(jīng)檢查保護動作正確,現(xiàn)場人員檢查發(fā)現(xiàn)35kV QS4線開關(guān)B相爆炸,#2主變中壓側(cè)開關(guān)A相主變側(cè)接線夾處有明顯放電燒傷痕跡。

  3.3故障初步原因分析:

  二次保護方面:從35kV QS4線保護分析,故障點在開關(guān)靠母線側(cè),線路保護范圍是在電流互感器至線路側(cè),故障點在保護范圍外,保護未動作是正確的(故障為母線范圍故障)

  故障錄波裝置檢查,由35kV母線電壓故障時間段來分析如下:

  35kV母線電壓突變時起:0--1640ms之間,母線A相電壓降幅較大,明顯有接地現(xiàn)象(圖5),導(dǎo)致B、C相電壓升高(峰值40kV),期間A相有不規(guī)則波動(圖6),結(jié)合現(xiàn)場可判斷為0--1640ms 系統(tǒng)A相對地放電(在此之前有較長的間歇接地放電現(xiàn)象,但時間都較短,難以察覺);在1640ms---3820ms之間,35kV母線B相電壓近乎為0,A、C相電壓升高(其中A相約21kV比C相30kV低)(圖7),即35kV系統(tǒng)存在A、B兩相接地短路,#2主變35kV側(cè)過流時限2的保護定值時間為2.1S(2100ms)從故障錄波上(圖8)看保護起動時間到開關(guān)跳閘時間為3820-1640=2180ms≈2100ms+開關(guān)動作反應(yīng)時間,即#2主變35kV側(cè)保護動作正確。

  根據(jù)故障錄波圖和保護動作情況時間和現(xiàn)場分析,大概12時24分20秒系統(tǒng)A相對地放電,引起35kV母線B、C相電壓升高(峰值40kV),而B、C相電壓升高,對設(shè)備絕緣弱點的35kV QS4線B相互感器絕緣套管與本體銜接處有明顯放電造成閃絡(luò)擊穿,形成AB相接地短路,并引起#2主變35kV側(cè)后備保護過流II段動作跳閘。由于35kV母線接地告警整定時間為9秒,整個事故過程總共用時才不到4秒左右,所以也沒有查到報35kV母線接地信息。因而,這是一次危害性很大的一次過電壓造成的事故。

  4、結(jié)束語

  對付間歇電弧接地過電壓的防護措施,可采用中性有效接地方式和采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式來避免類似事故的發(fā)生。

  參考文獻:

  [1] 文遠芳,高電壓技術(shù) [M],華中科技大學(xué)出版,2001年.

文章標(biāo)題:間歇電弧接地過電壓的防護措施

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