并联电容器组常见操作过电压的原因分析

并联电容器组常见操作过电压的原因分析

1待压雷电组的深基雷达在同时存在电压集过载的问题的情况下，主要考虑电压集的操作过载。因为电压集受到极大的闪电破坏，而且电动汽车的陡峭度很小，因此对绝缘体的损害可以得到减少。常见的操作过电压主要有以下几个方面。1.1极对地电压电容器组的操作过电压大多是由于在断路器分闸时电弧重燃所引起的。单相重燃时,在电容器组不接地中性点上,产生中性点对地过电压。此过电压与其它相电容上的电压叠加,形成更高的极对地过电压。据华北地区统计,用ZN10真空断路器投切8Mvar电容器组时,重燃率达10%,过电压最高可达5Uφ。分闸时还会产生两相重击穿和一次操作多次重击穿引起的操作过电压,但机率均较少。在电源侧有单相接地故障时产生的单相重击穿过电压远高于无接地故障时的情况。安装了串联电抗器的电容器组,由于电容器端电压的升高,使操作过电压相应提高。1.2由于电动汽车密封引起的过载1.2.1定额电压峰值未充电的电容器合闸时,极间过电压的最大值不会超过其额定电压峰值的2倍。如果电容器处于充电状态,而充电电压与系统电压大小相等,极性相反时,合闸时的极间过电压可能达到3倍。1.2.2由于真空断裂带的触发误差合闸时,真空断路器触头的弹跳将出现电弧断开又接通的重复过程,过电压可能达到2.8~3倍;对电容器绝缘有危害。1.2.3电容器充电时电路断路器非同期合闸时,可能出现其中一相先合闸使电容器充电,而其它两相接通时,也会遇到大小相近,极性相反的工况,有可能发生高于2倍的过电压。1.3电压波的极性相反问题电容器合闸引起远方变电站中产生的相间过电压放大,在国际大电网会议中已成为热门话题,据统计某次事故中7台变压器的损坏与离变压器3.3km以内的并联电容器合闸有关,其原因是由于电容器合闸瞬间,在输电线路上注入一个阶跃电压波的反射所引起,在线路末端两相对地电压可能达到3.5倍,由于两相的电压波极性相反,相与相之间的电压可能达到6.5倍,这一问题在国内尚未引起注意。电容器分闸过程发生电弧重燃时,过电压波也会沿着输电线路传播,在辐射状线路的末端,经过反射再反射的作用,将过电压波放大,对末端变电站中的电气设备造成危害。例如1978年我国淮南电业局某变电站35kV、9.4Mvar电容器组用DW8—35断路器分闸时,使相距5km的另一变电站的户内穿墙套管和开关的支柱绝缘子发生7次相间闪络和多次对地闪络的事故,曾测得装设电容器的变电站在电容器组分闸时,电容器母线C相对地过电压为2.69Uφ,而相距5km的变电站中C相对地过电压高达5.2Uφ,过电压放大了1.93倍。1983年丹东电业局某变电站的66kV、20Mvar电容器组用SW2—60T断路器分闸时,多处远方变电站因过电压造成避雷器动作,最远的距离达56km。1.4电容器动态特性例如:(1)电容器组与变压器同时合闸,由于变压器合闸涌流的谐波影响,其中某次谐波可能与电容器发生串联谐振,产生倍数很高的动态过电压,时间上可持续数周波,甚至几秒种;(2)空载变压器母线上投入电容器时,电容器合闸涌流中的谐波分量也会产生动态过电压;(3)如电容器组选用中性点接地的电压互感器作为放电线圈,当电容器开断时,储存在互感器线圈内的电磁能将释放出来,通过中性点与母线和电容器外壳的对地电容回路,产生振荡,在断路器的相对地和断口间产生很高的过电压。1.5配电线路烧断放电主要指电容器组运行中曾发生的并非由于断路器分合闸产生的操作过电压,例如:配电线路断线接地或配电线路连续放电产生的过电压,配电变压器绕组引出线烧断放电引起非故障相变压器绕组的电感和电容器组的电容形成的振荡回路产生的铁磁谐振过电压等都有可能对电容器组的绝缘造成危害。2moa的工作特性交流无间隙金属氧化物避雷器(MOA)是用金属氧化物非线性电阻作为唯一工作元件的避雷器。非线性电阻阀片以ZnO为主体,约占90%,添加少量其它金属氧化物后经混合、压制、高温焙烧而成。由于阀片的非线性伏安特性非常好,即使当通过电流的变化达6个数量级时,而电压也只变动50%~60%左右。因此在过电压情况下,尽管通过MOA的电流数值很大,而能做到的保护较低的符合要求的残压值。阀片的伏安特性曲线见图1。当过电压过去以后在系统工作电压作用下阀片呈高电阻状态,将工频电流限制到数十微安,相当于绝缘状态,可持续运行。由于MOA没有间隙,在雷电过电压、操作过电压、暂时过电压和长期的工频电压作用下,都有相应的电流通过MOA。MOA的工作特性与传统的碳化硅阀型避雷器对比,其显著差别是:①MOA的保护水平只取决于残压;②MOA无灭弧问题,其可靠性主要取决于热平衡;③MOA除承受雷电和操作过电压时的负载外,还承受暂时过电压和系统工作电压的负载。按照国家标准GB11032—1989《交流无间隙金属氧化物避雷器》的有关规定,保护并联电容器组的MOA其主要技术特性分述如下。2.1表1显示了moa的电压和持续电压2.2操作电压表GB11032—1989推荐的参考电流为1mA。而U1mA为1mA时的直流参考电压,标称放电电流5kA等级的MOA在雷电冲击下的残压,操作过电压下的残压和U1mA的数值见表2。2.3行业频率的抗压能力和抗污染电压的能力标称放电电流5kA的MOA,其工频耐压标准和耐受各种冲击电流的能力标准,见表3。2.4电容器的投料用量按机械行业标准JB/T5894-1991《交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则》,保护并联电容器的MOA方波通流容量与电容器组容量的对应值见表4。表4中接线方案Ⅰ、Ⅱ见图2,图2中(a)、(b)为接线方案Ⅰ,(c)为接线方案Ⅱ。3电容器装置设计规范的影响二十世纪90年代初MOA保护电容器组的传统接线方案,见图2。在编制国家标准GB50227—1995《并联电容器装置设计规范》时,有关单位根据运行经验提出不少新接线方案,对传统方案有较大的突破,试验研究结果表明;电源侧有单相接地时单相重击穿,对电容器的极间电压无影响;两相重击穿时的过电压也不受单相接地的影响,以此作为确定避雷器参数的依据,GB50277—1995推荐的四种MOA的接线方案见图3。3.1带单独接地系统的fv接口点由于相对地接线方式运行实践中曾发生过多次相对地MOA的爆炸事故,东北电力实验研究院和武汉高压研究所都提出了中性点避雷器的接线方案,见图3(a),该方案已为国际GB50277—1995所接受,作为首选的方案,其优点是:①只用1只避雷器,费用最省,②正常运行时,中性点MOA的荷电率接近于零,仅在电源侧有单相接地故障时,荷电率较高。由于长期在接近零电压下运行,使阀片可以得到自恢复,延缓了MOA的老化速度,减少了损坏事故;③MOA接在中性点,万一发生爆炸,也不会形成相间短路。在系统正常运行时,施压在FV上的电压接近于零;在电源单相接地故障时则接近于相电压,故FV的额定电压值可按持续运行相电压选取。这种接线方案的缺点是:当电源侧有单相接地故障时,开断电容器组又发生单相重击穿,这种接线方案难于满足绝缘配合的要求。3.2消浮式持续运行电压的计算串联电抗器装于中性点侧时,各相对地分别装避雷器的接线,见图3(b),如串联电抗器装于电源侧,则接线如图2(a)所示。这种接线方案比较简单,可限制单相重燃时的相对地过电压和电容器组中性点过电压。FV的持续运行电压按系统最高相电压选择。该方案对避雷器的特性要求高,当发生一相接地时,要求非接地相的两台避雷器能通过三相电容器积累的过电压能量。另外相间过电压的水平是由两只避雷器对地残压之和来决定的。3.3避雷器与电容器连接方式的方案对比测试数据说明,开断电容器组时,如断路器发生两相重击穿,电容器的极间过电压可达2.87Uφn及以上,超过了电容器相间绝缘水平。国标GB50227—1995推荐选用以下两种方案:①避雷器与电容器并联连接和中性点避雷器的接线方案,见图3(c);②避雷器与电抗器并联连接和中性点避雷器的接线方案,见图3(d)。如串联电抗器装于电源侧,则采用图2(c)的接线。该方案具有同时考虑相间和对地两方面的保护目的,对限制过电压较为有利,当发生一相接地时,避雷器吸收的能量比相对地避雷器的方案要相对低些。4容器组过涌流导致的二次应变击穿事故电容器组合闸过程中可能出现数值很大的高频涌流,涌流倍数β和频率倍数λ可分别从(1)式和(2)式算出:β=1+Iyi/Icn=Sd/Qc−−−−−√(1)β=1+Ιyi/Ιcn=Sd/Qc(1)λ=fyi/f=Sd/Qc−−−−−√(2)λ=fyi/f=Sd/Qc(2)式中:Sd—电容器组母线的短路容量(MVA);QC—电容器组容量(Mvar);Iyi—合闸涌流(A);ICn—电容器组额定电流(A);fyi—涌流频率(Hz);f—额定频率(Hz)另外,电容器组从电源上切断过程中,如断路器发生多相重燃,也会产生数值很大的涌流值,断路器两相重燃时的涌流倍数为:β=1+2Sd/QC−−−−−−√(3)β=1+2Sd/QC(3)若发生二次重燃,则涌流倍数为:β=1+4Sd/QC−−−−−−√(4)β=1+4Sd/QC(4)在电容器组的开合过程中曾多次发生由于涌流引起的过电压使电流互感器的一次或二次绝缘击穿事故。设电流互感器一次线圈的电感值为L,由于电容器组的合闸涌流数值大,频率高,故一次侧电流的变化率(di/dt)也很大,因此产生的瞬间过电压值u=L(di/dt)也可能很高,使一次线圈绝缘击穿。电容器组开合过程中,如涌流值很高,电流互感器二次电流相应增大,加以涌流的频率很高,如电流互感器的二次负载为感性负载,则二次侧出现的感应电压可以从(5)式算出:U2y=βλU2n(5)式中:U2y—通过涌流时电流互感器的二次感应电压(V);U2n—通过额定电流时电流互感器二次端子间的电压(V)从计算或实测可知,正常情况下U2n数值很小,仅几伏,但通过高频涌流时,二次电压值曾达到3000余伏,会使电流互感器的二次回路闪络,造成所连接的仪表,继电器损坏,并使保护误动。实践证明,安装了6%串联电抗器后,对抑制电容器组高频涌流效果显著,电流互感器二次侧的感应电压亦降低到只有数十伏,就没有什么危险了,据统计,安装了6%电抗器的电容器组,未发生过上述事故。在电流互感器各相的一次侧各端子间及二次侧各端子间分别各并联安装一台低压氧化锌避雷器(如FYS-0.38型)或压敏电阻,对限制涌流引起的两种过电压是有效的,可保证电流互感器及二次回路的安全运行。5真空有机溶剂组目前10~35kV并联电容器组多选用真空断路器作为开关设备,由于真空断路器的性能不良,曾发生过多次由于电弧重燃过电压造成电容器油箱爆炸事故。断路器发生重燃后,中性点将出现很高的过电压,通过中性点的传递,使非重燃相的过电压最高,如果首相开断重燃,其它相也在瞬间开断,会形成两相重燃,将在电容器及串联电抗器的相间产生倍数很高的过电压,使串联电抗器和电容器同时损坏。真空断路器开断过程中产生的截流过电压Uj数值的大小取决于截流值Ij及负载的电感L和电容C的比值如(6)式所示:Uj=IjL/C−−−−√(6)Uj=ΙjL/C(6)性能良好的真空断路器采用铜铬触头,截流值Ij可做到5A以下,过电压值也受到限制。真空断路器合闸时的触头弹跳可能引起电弧重燃产生过电压,老式的ZN2—10断路器触头弹跳次数高达3~4次,,持续时间长达4~5ms,会引起重燃。而ZN12等新型真空断路器合闸时,触头弹跳时间很短,不超过1ms,不会引起重燃。真空断路器产生电弧重燃的原因与触头表面的平整和洁净及真空泡内的状况有关,国产真空断路器投产前送有关单位进行“老炼”处理后,电弧重燃的机率大大降低,过电压问题将有所改善。为了抑制真空断路器的操作过电压除安装氧化锌避雷器外,还可安装西门子公司的3EF1过电压吸收装置。由于SF6断路器不会发生电弧重燃,有条件时,也可选用SF6断路器操作电容器组。用DW8—35型多油断路器操作35kV电容器组时,电弧重燃过电压倍数较高,不宜选用。而断口带并联电阻的DW2—35型多油断路器可用投切20Mvar以下的电容器组,效果较好。当电容器组容量小于10Mvar时,每个断口的并联电阻值为120Ω。电容器组容量为1~2Mvar时,每个断口的并联电阻值为70Ω,每相共140Ω,加装并联电阻的主要作用是用来减