系统过电压分析及解决方案

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1、系统过电压分析及解决方案系统过电压分析及解决方案 一、系统过电压的主要类型一、系统过电压的主要类型 系统中产生过电压的类型主要有大气雷击过电压、 操作过电压、 弧光接地过电压及铁磁谐振过电压。 二、系统过电压的解决方案二、系统过电压的解决方案 （一）大气雷击过电压（一）大气雷击过电压 由于早期我国电力系统是以架空线路为主，遭到雷击（直击雷、感应雷等）产生的大气雷击过电压 对系统绝缘有很大的危害，70 年代我国从日本引进了氧化锌技术，生产出避雷器解决了大气雷击过电 压。 （二）操作过电压（二）操作过电压 1、操作过电压的产生和普通避雷器的防制效果。、操作过电压的产生和普通避雷器的防制效果。 操作

2、过电压是由于真空断路器的大量使用而产生的。 操作过电压包括截流过电压、 多次重燃过电压 及三相同时开断过电压。 操作过电压不仅在开关合上有， 在开关打开时也有， 并且在开关打开时产生的过电压幅值比开关合 上时更高，对系统的危害也更大。在一定时期内使用的是普通避雷器来解决的。 由于避雷器原理上的缺陷， 避雷器只能解决相对地的过电压， 而操作过电压当中的相间过电压是解 决不了的。 90 年代出现了带间隙的组合式过电压保护器，既解决了相对地的操作过电压也解决了相间的操作M M M 开关打开时产生的操作过电压幅值更高，而且打开后是在小系统里， 如没有过电压吸收装置，过电压对线路和终端设备的危害更大。

3、避雷器避雷器 过电压保护器过电压保护器 5 . 0 K V5 . 0 K V Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.过电压问题,特别是保护电动机的绝缘起到了很好的作用。 2、过电压保护器的产生解决了以下问题：、过电压保护器的产生解决了以下问题： 1）荷电率问题，过电压保护器带间隙正常运行时荷电率为零，不存在老化问题； 2）不仅解决了操作过电压中的相对地过电压，而且还解决了相间过电压，使操作过电压可靠限制在被 保护设备绝缘允许范围内，更好地保护了终端设备的绝缘。 3）每个真空断路器出线端装

4、一组过电压保护器，更好地解决了真空断路器打开时在小系统里存在过电 压，保护线路和终端设备，特别是对电动机的绝缘起到了很好的保护作用。 3、现行过电压保护器实际使用存在的问题以及我公司的改进、现行过电压保护器实际使用存在的问题以及我公司的改进 1）问题：）问题： 过电压保护器吸收过电压容量不够， 过电压保护器出现阀片直接击穿或炸裂， 现象为阀片中心有黑 点或阀片有裂纹； 过电压保护器密封不严， 产生呼吸现象导致内部短路发生爆炸事故， 甚至于有的时候出现过正常运 行时发生过电压保护器事故； 2）原因：）原因： 现在过电压保护器一般用的 42 阀片，通流量为 400A 2ms，根据阀片直径和密度不同

5、，有的根 本达不到这个通流量，甚至有的厂家用 16 阀片,通流量只有 50A 2ms ，不能吸收系统过电压时能量 比较大的过电压； 间隙和阀片通过环氧筒套装，内部有大量的空气会产生呼吸现象，在内部产生凝露；放电间隙被氧 化使放点距离变小； 生产环境工艺控制不严，密封不好，阀片受潮导致内部短路出现爆炸事故。 3）我公司过电压保护器的改进）我公司过电压保护器的改进 加大阀片的通流量（用 52 的阀片） ，达到 600-800A 2ms； 使用我公司专有的“抑流”技术-阀片整体模压、间隙下沉,不采用的传统方式-环氧筒套装，防止产生 呼吸现象； 现场生产环境严格控制，保持恒温恒湿的干燥环境，不至使元器

6、件受潮； 带三相六路智能数字计数器。 （三）弧光接地过电压（三）弧光接地过电压 1、弧光接地过电压的产生及危害、弧光接地过电压的产生及危害 1）形成弧光接地过电压的基础是间歇性电弧。形成弧光接地过电压的基础是间歇性电弧。 当中性点非直接接地系统发生单相间歇性弧光接地（以下简称“弧光接地”）故障时，由于电弧多次 不断的熄灭和重燃， 导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配， 在非故障相的电感电 容回路上引起高频振荡过电压。 对于架空线路，过电压幅值一般可达 3.13.5 倍相电压。以电缆线路为主的供电电网， 绝缘击穿 或电弧重燃时过渡过程中的高频电流，可达数百安培甚至上千安培。电缆线路

7、弧光接地时，非故障相的 过电压可达 47 倍 2）弧光接地过电压的危害）弧光接地过电压的危害 高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏。高幅值的过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏。 对于中性点非直接接地系统， 在高幅值的弧光接地过电压的持续作用下， 加剧了电缆等固体绝缘的 积累性破坏。最终在非故障相绝缘的薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。 弧光接地过电压导致烧弧光接地过电压导致烧 PT 或保险熔断。或保险熔断。 普通的电压互感器饱和点一般为 1.61.8 倍，在弧光接地过电压作用下，使电压互感器严重饱和， 激磁电流剧烈增加。另一面，电压互感器饱和，也很容易激发铁磁谐振，

8、导致电压互感器过载。 上述两种情况，都将造成电压互感器烧毁或高压保险熔断。 弧光接地过电压导致避雷器、过电压保护器爆炸。弧光接地过电压导致避雷器、过电压保护器爆炸。 弧光接地时，过电压的能量由电源提供持续时间较长，能量很大。当过电压的能量超过避雷器或者 过电压保护器所能承受的能量指标时，就会造成避雷器的爆炸事故（能量越小爆炸的可能性越大） 。 2、我国限制弧光接地过电压的措施分析、我国限制弧光接地过电压的措施分析 1）消弧线圈的作用）消弧线圈的作用 消弧线圈曾经对提高 335kV 架空线路供电可靠性起到了积极的作用； Generated by Foxit PDF Creator Foxit S

9、oftware http:/ For evaluation only.由于消弧线圈的电感电流补偿了电容电流， 使得故障点的电弧能够自行熄灭， 这就大大减小了因 受风吹、电动力等影响而引起直接的相间弧光短路的可能性。一旦电弧自行熄灭后，架空线路的绝缘又 可以完全恢复。 消弧线圈对于以电缆线路为主的供电网络已不能继续发挥作用。 随着城网改造的进行，架空线路逐步被电缆线路取代，中压电网中固体绝缘的设备逐年增多，以 及现有电缆线路随着运行时间的加长绝缘逐渐老化。 近几年来弧光接地过电压的问题越来越突出， 以至 于电缆放炮等绝缘事故成为影响企业内部电网和供电电网安全运行的主要因素。 在以电缆线路为主的系

10、统当中消弧线圈来消除弧光过电压存在如下缺陷：在以电缆线路为主的系统当中消弧线圈来消除弧光过电压存在如下缺陷： a、选线灵敏度降低甚至无法选线； 中性点非直接接地系统发生单相接地故障时，应尽快选出故障线路，以便检查处理。由于消弧线圈 的补偿作用，使故障点的电流减少，相位发生变化，必然会降低选线的灵敏度，甚至使选线工作根本无 法进行。 b、现行消弧线圈自动跟踪补偿或自动调谐是在工频下完成的； 在高频振荡过渡过程中， 由于消弧线圈和电网电容这两者频率特性相差悬殊， 两者是不可能完全互 相补偿或调谐的。 单相间歇性电弧接地时刻通过接地故障点的总电流是高频振荡电流， 运行中单相接地 情况，一般是：间歇性

11、电弧接地稳定电弧接地金属性接地。根据实测，间歇性电弧接地，持续时间 可达 0.22s，频率可达 300-3000HZ ；然后呈稳定电弧接地，持续时间可达 210s；最后，故障点导 线被烧熔成为金属性接地。 C、消弧线圈采用的是过补偿原理，过补偿后有残流，加上间歇性弧光接地时的高频电流会产生重 燃现象； d、熄弧的时间不确定。 2）中性点经小电阻接地）中性点经小电阻接地 正因为消弧线圈不但不能避免电缆事故，在正常运行时还存在上述诸多问题，我国北京、上海、 广州等地区已逐步将中性点经消弧线圈接地改为经小电阻接地方式， 我国石油化工系统也提出了采用小 电阻接地方式的建议。中性点经小电阻接地，从根本上

12、解决了消弧线圈正常运行中带来的问题，缓解了 弧光接地时的过电压，但扩大了单相接地时的故障电流，加剧了故障点的烧伤，牺牲了对用户供电的可 靠性。对于用电企业，被迫停电将会造成巨大的经济损失。 3 ）熔丝加接触器型式直接接地的消弧装置将弧光接地快速转化为金属接地）熔丝加接触器型式直接接地的消弧装置将弧光接地快速转化为金属接地 直接接地的消弧装置不论是高频电流还是工频电流完全转移， 即故障相直接与地网连接， 对地电 压等于零，工频电弧和高频电弧都将立即熄灭； 金属性接地后，非故障相上的过电压立即稳定在3 倍，系统中的设备可以在这个电压下安全运 行； 由于母线过电压被限制在较低的水平，可避免激发铁磁谐

13、振过电压。 4）将故障相经氧化锌非线性电阻或电感接地）将故障相经氧化锌非线性电阻或电感接地 由于氧化锌非线性电阻导通电压不为零， 装 置动作后不能保证立即熄灭电弧， 电弧熄灭后也不 能保证不重燃； 电弧一旦熄灭并不再重燃， 则系统电容电流 将全部流过氧化锌非线性电阻， 若容量太小时， 长 时间承受过高的过电压能量， 将造成氧化锌爆炸的 事故。 5）使用单相断路器直接接地消除弧光）使用单相断路器直接接地消除弧光 消弧消谐装置一次原理图 隔离刀闸 高压熔断器 高压限流 熔断器 P T K 过电压 保护器 真空接触器 P T 控制器控制器 Generated by Foxit PDF Creator

14、 Foxit Software http:/ For evaluation only.控 制 部 分P T熔 断 器真 空 断 路 器避 雷 器隔 离 刀 闸该装置和熔丝加接触器直接接地消弧装置的 共同点和区别： 共同点：共同点： 都是直接接地的原理来消除弧光； 发生短路都要断开， 防止因消弧装置给母线 造成短路而跳闸。 区别：区别： 发生短路时， 熔丝加接触器直接接地消弧装 置利用熔丝的物理特性使接地相的熔丝在 1-2ms 内快速熔断，没有经过峰值电流，对系 统的冲击几乎没有影响，而单相断路器要通过控制部分进行分析判断后发命令再跳闸，时间至少需要 2 个周波以上，对系统的短路冲击比较大； 控

15、制部分的抗干扰能力不同， 短路时熔丝熔断不受干扰影响， 而单相断路器要通过控制部分进行分析 判断后发命令再跳闸， 控制器和单相断路器的充放电电源都会受到现场环境及开关合分对二次元器件的 干扰，多而复杂的元器件只要有一个元器件损坏都会导致断不开或合不上,造成事故扩大。 因此对于消弧装置的使用我公司建因此对于消弧装置的使用我公司建： 能选择到熔丝的情况下我公司不建议采用单相断路器型式的直接接地的消弧装置， 而是采用物理特 性来防止短路的熔丝加接触器型式的消弧装置。 综上所述， 直接接地消弧装置是目前在适合安装的系统当中所起的熄弧作用是比较明显的。 但通过十来 年的实践证明，消弧装置也出现过很多问题

16、， 主要表现在以下方面：主要表现在以下方面： 1、消弧消谐装置误动频繁发生、消弧消谐装置误动频繁发生 现象：现象： a、在变电站空母线送电时； b、发生弧光过电压时合真空接触器合错相。 原因分析：原因分析： a、判据不合理； b、消弧消谐控制器受电磁干扰引起的误判，即抗干扰能力不够。 2、高压限流熔断器熔断的问题、高压限流熔断器熔断的问题 现象：高压熔断器经常熔断现象：高压熔断器经常熔断 分析：分析： 设计时熔断器选择过小，消弧消谐装置动作后，造成熔丝熔断。 消弧控制器抗干扰不行误发信号， 发生弧光接地时该合故障相直接把故障相弧光接地转换成金属接地 消除弧光即可，但是合闸合错了相，引起了相间短路。 消弧消谐装置动作后，运行