间歇性-电弧教材.ppt

操作过电压 间歇电弧接地过电压,间歇电弧接地过电压,中性点不接地电网发生单相接地 不改变电源变压器三相绕组电压的对称性，接地电流一般不大 非故障相电压升高，对60kV及以下的电网，绝缘上投资不会显著增加 不必立即切除线路，运行人员找出故障并排除,,接地电流每次通过零点，电弧有一个暂时性熄灭，恢复电压、介质绝缘强度两者的恢复速度决定是否再一次发生对地击穿 当Ijd太小时，由于绝缘强度恢复很快，难以再次击穿 当Ijd太大时，暂时性熄灭的时间微不足道，可以认为电弧是稳定燃烧 当Ijd为数安至数百安时，电弧暂时性熄灭约半个工频周期，再度击穿，同时引起电网中电磁能的强烈振荡，产生电弧接地过电压,10kV电网，l 1000km ?， Ijd 30A 35kV电网，l 100km ?， Ijd 10A 由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，在几秒至几十秒内自行熄灭,,接地电流继续增大，在几百安的范围内，接地电弧一般不能自熄间歇性电弧接地过电压会持续存在，对设备的绝缘造成损坏,1、间歇电弧接地过电压的发展,Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高频电流（自由）分量 油中电弧可能在过渡过程中高频过零熄弧，据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为高频熄弧理论，过电压值较高 空气中的开放电弧大多在工频电流过零时熄弧，据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为工频熄弧理论，过电压值较低 本课程中，采用工频熄弧理论分析间歇性电弧接地过电压的形成过程,◎,三相电源 设A相在-Um发生单相接地故障，令Um=1，健全相对地电压上升为线电压： B相： C相：,,,在 t = 0，对地闪络，燃弧,在 t = 0 振荡过程中电压最高振幅：,B、C相均为2.5,,t = t1（过半个工频周期），熄弧,，三相对地电容电荷，重新分配，形成直流电压分量：,在 t = t1 不发生振荡,在 t = t2，（再过半个工频周期）重燃,在 t =t2 振荡过程中电压最高振幅,B、C相为3.5，A相为2,往后，每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，其过渡过程与上述过程完全相同 非故障相最大过电压UBm=UCm=3.5，故障相的最大过电压UAm=2 弧光接地过电压数值上不高，正常的电器设备具有较大的绝缘裕度，能承受这种过电压,但是这种过电压的持续时间较长，对网内的绝缘较差的老设备、线路上存在的绝缘弱点，将存在较大的威胁，影响电网的安全运行 电弧可能波及非故障相导线，造成相间短路的事故跳闸,影响过电压发展的因素,电弧熄灭和重燃过程极为复杂 发生电弧部位的介质（空气、油、固体介质） 外界气象条件（风、雨、湿度、温度） 这些随机因素，直接影响过电压的发展过程，因此，过电压数值具有统计性 上述分析条件是：燃弧在故障相电压为最大值，熄弧在工频电流过零时，实际情况不确定，过程极为复杂，最大为3.5，绝大多数均小于3.1,相间电容的影响 假设线路完全对称：,,,,燃弧前（t2） Cm上电压为： C0上电压为： 发弧后 在电路上Cm与C0并联，在振荡过程之前，存在电荷重新分配过程,相间电容 电荷重新分配，健全相电压起始值 健全相电压起始值增高，增高与比值 Cm/(Cm+C0) 有关，减少了与稳态值的差，从而使过电压降低,电网中接成三角形（或星形）的电容器组，相当于增大了相间电容，一般不会产生严重的间歇电弧接地过电压,,,,,回路损耗 电源内阻抗，线路阻抗中的电阻损耗，电弧本身的弧阻损耗，使高频振荡很快衰减，过电压降低,,,,,限制措施 — 消弧线圈的应用,,,,,,,,中性点不接地的360kV电网，在单相接地电流超过30A（310kV电网）或者10A （35kV及以上电网），在电网中性点和地之间接入消弧线圈 消弧线圈作用是减小单相接地电流，减缓接地故障点恢复电压的上升速度，从而增大接地故障点自熄的概率，以防止发展成相间短路或烧伤导线,补偿单相接地电流,对地短路可看成两种情况的叠加： 1、原来的正常三相系统 2、将原来三相电源电动势短接，在短路点K与大地之间加入一个单相电势 –EA(短路前电位)的零序系统 计算对地短路电流，只需计算后一零序系统即可(因前一正常三相系统K与大地之间无电流通过),g: 考虑各种损耗后的等 值电导,物理意义：接地的电容电流分量完全被消弧线圈的电感电流补偿，接地电弧消灭，这是完全协调的情况,◎,忽略损耗的 单相等值电路,,适当选择电感 L的数值，ijd 将减小到零,用补偿度 k 和脱谐度  来描述消弧线圈的补偿程度,脱谐度,,补偿度 k,回路自振角频率,用补偿度 k 和脱谐度  来描述消弧线圈的补偿程度,脱谐度,,k  1、  0 IL  IC时，过补偿 k  1、  0 IL  IC时，欠补偿 k =1、 = 0 IL = IC时，全补偿,补偿度 k,降低故障间隙的恢复电压上升速度,故障点电弧是否重燃，除与电弧电流（决定于弧道的游离程度）有关外，还取决于弧隙间介质强度的恢复速度是否超过恢复电压的上升速度,,,补偿网络的阻尼率：,电流过零电弧熄灭相当于开关 S 断开,：系统的衰减系数 0：熄弧瞬间故障相电源电压初相位,b点电位变化规律即是补偿网络中性点电位u0的变化规律，以0变化：,恢复电压 Ur(t),,,,,a点电位随故障相的电源电压变化,故障相对地的恢复电压 Ur(t),,,一般补偿网络的v 很小，所以,全补偿v=0，恢复电压仅由泄漏损耗使上式衰减项减小，而阻尼率很小，恢复电压上升速度很慢,v0，恢复电压呈拍频性质，其拍频周期为 恢复电压上升速度也远较无消弧线圈时慢,(a) =0 (b) 0 故障相恢复电压波形,恢复电压 Ur(t)的波形,,,若=0 ，忽略损耗,表示振幅的包络线,恢复电压振幅的上升速度,最大恢复电压上升速度,,,脱谐度对恢复电压上升的影响,即,因此有,恢复电压上升速度与脱谐度 成正比，通常 较小，ur上升速度较慢，因此不易重燃,恢复电压 Ur(t),系统的阻尼率 d 对恢复电压的上升速度有影响,大的阻尼率d不但使恢复电压上升速度加快，而且由于故障电流的加大使介质强度的恢复速度降低，从而增加了重燃的可能性,消弧线圈作用总结,减小故障电流 降低弧熄的恢复电压上升速度，且脱谐度越小，这种作用越显著（但可使中性电位移电压过大） 并不直接降低弧光接地过电压，而在于易熄弧和防重燃方面的有利作用，使过电压持续时间大为缩短，降低了高幅值过电压出现的概率,消弧线圈补偿电网对中性点位移电位的影响,脱谐度越小，对熄灭电弧最有利，可是正常运行时，电网中性点却会出现比较高的电位----消弧线圈补偿电网中的线性谐振,,中性点位移度 ：补偿电网中性点电位U0与相电压UA（UA=EA）的比值,KC ：导线对地电容的不对称度 ：补偿电网的脱谐度,过高的U0，使补偿电网正常运行时，三相对地电压极不平衡, 值选择应考虑到两个方面：一方面 值不应小到使正常运行时中性点电位超过15%；另一方面 值又不宜大，致使单相接地电流大于10A （30A） 在欠补偿情况下，如果电网有一条线路跳闸（电网对地自部分电容减小）时，或当线路非全相运行（电网一相或两相对地自部分电容减小）时，可能产生严重的中性点位移。

因此，消弧线圈一般应采取过补偿,补偿电网脱谐度选择原则,若电网长时间低频率运行，遇上单相接地时，消弧线圈电流将增大，而电网电容电流将减小若原为过补偿运行，脱谐度将增大；若原为欠补偿运行，脱谐度将减小，甚至会变成全补偿,补偿电网脱谐度选择原则,《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997行业标准,66kV以下系统中性点经消弧线圈接地方式,消弧线圈接地补偿系统的运行现状,固定补偿系统 早期采用离线式手动调节式固定补偿的消弧线圈，其工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补偿程度取决于电网正常稳态运行时不使中心点位移电压超过相电压的15% 调整频繁，操作繁琐；脱谐度测量困难；调谐不当易产生谐振过电压；继电保护动作困难,消弧线圈接地补偿系统的运行现状,随动式补偿系统和动态补偿系统 可自动跟踪电网运行方式变化的调谐方式，先后设计了多种消弧线圈结构形式，具有代表性的有以下几种：,预调谐工作方式：调隙式消弧线圈；调匝式消弧线圈；偏磁式消弧线圈；三相五柱接地变压器消弧线圈组合式消弧线圈 脱谐工作方式：调容式消弧线圈；高短路阻抗变压器式消弧线圈,随动式补偿系统,动态补偿系统,随动式补偿系统 工作方式是：由于消弧线圈的电感量改变较慢，在发生单相接地故障时为了能及时实现补偿，在配电网正常运行时，跟踪检测配电网对地电容电流，并调节消弧线圈电感量使之能与对地电容发生谐振，即预先调节于谐振点的工作方式——“预调谐工作方式”,随动式补偿系统 “预调谐工作方式” 的接地系统需串联或并联电阻，以降低配电网正常运行时的谐振过电压,因为接地变压器中性点人为抽偏，线路投切操作三相刀闸的不同期，配电网中线路的不对称性等因素会引起配电网的不对称电压。

在配电网正常运行时，处于串联谐振状态的消弧线圈将会放大这个电压发生不容许的串联谐振过电压,动态补偿系统（脱谐工作方式） 动态补偿系统的工作方式是：在配电网正常运行时，使消弧线圈工作在脱谐状态（远离谐振点），而在单相接地故障时快速调节消弧线圈使其达到全补偿状态，即用脱谐度抑制中性点串联谐振过电压的工作方式——“脱谐工作方式”,不会引起中性点位移过电压不用串联或并联电阻，避免了配电网一次回路中串联或并联电阻带来的一系列问题，有效地解决了补偿系统串联谐振过电压与全补偿之间的矛盾,。