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高压真空断路器操作过电压产生原因及相应保护

发布日期:2021-03-01 13:34 阅读量:

高压真空断路器因其结构简单、可靠性高、免维护、使用寿命长、适合频繁操作而被广泛应用于电力系统。然而,与此同时,真空断路器也有一些缺点,如切断,反弹,重新点火,重新点火和由此产生的过电压。打开和关闭并联反应堆组时,过压问题尤为突出。

通过对真空断路器合闸并联电抗器运行的相关试验研究,过电压产生的原因及相应的保护措施如下:

试验结果分析:高压真空断路器的过电压现象大致可分为合闸过电压和分闸过电压两类。其中,开启过电压分为两种类型:

第一种是类似于感容元件自由振荡的截止过电压,

第二种是再点火过电压,存在再点火时真空断路器电抗器的开断过电压会达到很高的水平。相关数据表面上,相对过电压最大值为5.83倍,不存在再点火时仅为1.57倍。由此可见,再点火是开断过电压高的主要原因。

高压真空断路器

具体过压类型和原因如下:

1.截止过压:

并联电抗器的等效电路主要由电容和电感组成,该电路的电压和电流不能突变,切断必然会引起剧烈的电磁振荡。忽略阻尼效应,可根据能量守恒定律推导出单相电抗器截止过电压的估计值。

从(1)可以看出,截止值越高,真空断路器的杂散电容越小,截止过电压越高。三相系统的截止过电压比较复杂,但原理基本相同。

2.再点火过电压:

断路器开断时,如果断开的负荷侧暂态恢复电压及其上升速率高于断口绝缘强度的恢复能力和速度,电弧会瞬间击穿断口,造成重燃,重燃阶段产生重燃过电压,其他阶段产生感应过电压。然后高频暂态电流过零,断口再次电弧熄灭并关断。如果断负荷侧暂态恢复电压及其上升速率仍高于断口绝缘强度的恢复能力和速度,则再次重复。

当真空断路器断开并联电抗器时,其暂态恢复电压主要由切断引起,因此切断过电压的频率直接反映了暂态恢复电压的上升率;高频导致瞬态恢复电压上升率高,瞬态恢复电压和瞬态恢复电压上升率高导致重燃概率高。

3.再点火过电压:

在实施例1和实施例2的测试中没有发现重燃现象,但是重燃期间的过电压仍然需要考虑。

一般来说,真空断路器的重燃是由灭弧室制造中的老化失效引起的。真空灭弧室采取老化措施后,真空断路器的重燃概率很低。再燃和多次再燃的过电压产生过程与再燃相似,多次再燃的过电压水平也很高。

高压真空断路器

4.合闸过电压:

举个例子,一中的合闸过电压主要是由于于合闸弹跳的存在,导致断路器有类似的“击穿-蝗虫消除过程”,提高了合闸过电压水平。虽然在二中,可以看到弹跳现象,但没有类似于再点火的“击穿蝗虫杀灭过程”,过电压水平较低。

高压真空断路器及所用相关设备过电压现象的相应保护措施;

1.过压保护措施:

根据实施例1和实施例2的比较以及切断、再点火等过电压的机理,建议在电抗器侧和母线侧安装阻容吸收装置,增加母线侧和电抗器侧的接地电容,不仅可以降低切断过电压的幅值和频率,还可以改善断路器的灭弧条件,降低再点火概率,从而降低操作过电压

但是,高压真空断路器即使安装了阻容吸收装置,也不能保证断路器不重新点火,不重新点火。同时,可能会出现意想不到的共振。出于安全原因,氧化锌避雷器应同时安装在电抗器侧和母线侧,以可靠地确保设备绝缘不会因过电压而损坏。

2.阻容吸收装置参数:

选择过电压保护设备的主要参数时,应考虑以下主要问题:

(1)限制截止过电压频率,建议限制在1000Hz以下;

(2)阻容吸收装置的谐振频率避免了系统中常见的谐波频率;

(3)对运行中的阻容吸收装置的谐振频率增加必要的阻尼,防止扰动激发阻容吸收装置与电抗器电感之间的谐振,导致过电压过大;

(4)阻容吸收装置应能保证长期运行;

(5)阻容吸收装置的绝缘水平应与系统的绝缘水平一致;

(6)避雷器的参数应能保护设备的绝缘。

对于高压真空断路器在使用中,避免过电压现象的相关注意事项:

(1)真空断路器操作的并联电抗器的操作过电压主要是由真空开关的切断引起的;

(2)当真空断路器切断并联电抗器时,再点火过电压水平有时高于切断过电压水平。

(3)阻容吸收装置对真空断路器合闸并联电抗器的操作过电压有很好的抑制作用。

(4)建议在使用真空断路器切换并联电抗器时,选择不易重燃且分断值小的断路器;

(5)在现有过电压保护措施的基础上,真空断路器切换10 kV和6000 Kvar 并联电抗器时,应在电抗器侧和母线侧安装阻容吸收装置。推荐值为R=40,C=0.5F;

(6)建议进行现场切换试验,检查真空断路器切换并联电抗器时的重燃概率和过电压水平。


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