并联电容器组的过电压保护

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并联电容器组的过电压保护

福建省连江电力公司(福州　350003)　陈建聪

摘　要　并联电容器组承受的各种过电压;保护并联电容器组的金属氧化物避雷器的技术特性、接线方案和参数的选择,抑制过电压的其它措施等问题。

关键词　并联电容器　装置　过电压保护

1　并联电容器组承受的过电压

并联电容器组的过电压问题,主要考虑操作过电压,因为对电容器组来讲遭受雷击大气过电压的机率很小,雷电波在大电容的影响下,陡度较小,减小了对绝缘的危害。常见的操作过电压主要有以下几个方面。

111　电容器组分闸时弧燃引起的过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8M va r电容器组时,重燃率达10◊,过电压最高可达5UΥ。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。112　电容器合闸引起的过电压

11211　合闸时电容器极间过电压

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。

11212　由于真空断路器触头弹跳引起的过电压合闸时,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218～3倍;对电容器绝缘有危害。11213　非同期合闸引起的过电压

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。

113　电容器合闸或分闸引起的远方放大过电压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313km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315

①收稿日期:2001—03—26

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615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、914M va r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2169UΥ,而相距5km 的变电站中C相对地过电压高达512UΥ,过电压放大了1193倍。1983年丹东电业局某变电站的66kV、20M va r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。114　电容与电感的谐波匹配引起的谐振过电压例如:(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。

115　电容器组的其它过电压

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。

2　保护并联电容器组的金属氧化物避雷器的技术特性

交流无间隙金属氧化物避雷器(M OA)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Z nO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M OA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M OA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M OA

。

图1　M OA阀片的伏安特性

M OA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:①M OA的保护水平只取决于残压;②M OA无灭弧问题,其可靠性主要取决于热平衡;③M OA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M OA其主要技术特性分述如下。

211　M OA 的额定电压和持续运行电压见

表1。

表1　M OA 的额定电压和持续运行电压(kV

)系统额定电压

M OA

额定电压M OA 持续

运行电压33.82.067.64.01012.76.6354223.463

69

40

212　M OA 的直流参考电压

GB 11032—1989推荐的参考电流为

1m A 。而U 1mA 为1m A 时的直流参考电压,标

称放电电流5kA 等级的M OA 在雷电冲击下

的残压,操作过电压下的残压和U 1mA 的数值见表2。

表2　放电电流5kA 等级的M OA 的参数　(kV )

M OA

额定电压(有效值)

雷电冲击电流下的残压(峰值,≤)操作冲击电流下的残压(≤)直流1mA 参考电压(≥)

3.813.510.56.97.62720.813.812.7453523421341057769

224

176

117

213　工频耐压标准和耐受冲击电流的能力

标称放电电流5kA 的M OA ,其工频耐

压标准和耐受各种冲击电流的能力标准,见

表3。

表3　工频耐压标准和耐受各种冲击电流能力标准

技术参数

单位

标准值M OA 额定电压

(有效值)

kV

3.8～69工频电压耐受倍数112

1工频电压耐受时间h 2

24操作冲击电流残压

试验电流值(峰值)

A 500方波电流冲击的能力

A

400

耐受大电流冲击的能力

(4 10Λs 波形,2次)

kA

40

214　M OA 方波通流容量与电容器组容量的关系

图2　M OA 与电容器组的传统接线方案

按机械行业标准J B T 5894-1991《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M OA 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 、

见图2,图2中(a )、(b )为接线方案 ,(c )为接线方案 。