一、暫時過電壓保護
1.工頻過電壓
一般由線路空截、接地故障和甩負荷等引起的工頻過電壓,對3~10kv系統(tǒng)一般不超過1.1pu(工頻過電壓標么值1.0pu=um/,um/,um為系統(tǒng)最高電壓)對35kv系統(tǒng)一般不超過pu,因此,對35kv及以下電力網(wǎng)一般不需采取專門措施限制工頻過電壓。
2.諧振過電壓
(1)當因操作或故障引起系統(tǒng)元件參數(shù)出現(xiàn)不利組合時,將產(chǎn)生線性諧振和非線性(鐵磁)諧振過電壓,因此,應采取措施避免出現(xiàn)諧振過電壓的條件,或用保護裝置限制其幅值和持續(xù)時間。
(2)由單一電源側用斷路器操作中性點不接地的變壓器,因操動機構故障出現(xiàn)非全相或熔斷器非全相熔斷時,變壓器的勵磁電感與對地電容產(chǎn)生鐵磁諧振,能產(chǎn)生2.0~3.0pu的過電壓(諧振過電壓的1.0pu=um/。);有雙側電源的變壓器在非全相分合閘時,由于兩側電源的不同步在變壓器中性點上可出現(xiàn)接近于2.0pu的過電壓,如產(chǎn)生鐵磁諧振,則會出現(xiàn)更高的過電壓。有單側電源的變壓器,當另一側帶有較大的同步電動機時,也類似有雙側電源的情況。
(3)3~35kv不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)偶然脫離消弧線圈的部分,當接有中性點的電磁式電壓互感器的空截母線(也可能帶有空載短線路),因合閘充電或接地故障的激發(fā),使電壓互感器過飽和,可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。防止和限制這類過電壓,可采取下列措施:
1)選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互感器。
2)減少同一系統(tǒng)中電壓互感器中性點接地的數(shù)量,除電源側電壓互感器高壓繞組中性點接地外,其他電壓互感器中性點盡可能不接地。
3)個別情況下,在10kv及以下的母線上裝設中性點接地的星形接線電容器組,或用一段電纜代替架空線路以減少xco,使xco<0.01xm。式中xm為互感器在線電壓作用下單相繞組的勵磁電抗;xco為系統(tǒng)每相對地容抗。
4)在互感器的開口三角形繞組裝設的電阻r△≤0.4(xm/k213)。式中k13為互感器一次繞組與開口三角形繞組的變化,或裝設其他專門消除此類鐵磁諧振的裝置(如專用消諧器)。
5)10kv及以下不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),應采用性能良好的設備并提高運行維護水平,以避免在配電變壓器高壓繞組對地短路及送電線路一相斷線,且一端接地或不接地的條件下產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。
6)有消弧線圈的較低電壓系統(tǒng),應適當選擇消弧線圈的脫諧度,以便避開諧振點;無消弧線圈的較低電壓系統(tǒng),應采取增大其對地電容等措施(如安裝電力電容器等),以防止零序電壓通過電容,如變壓器繞組間或兩條架空線路間的電容耦合,由較高電壓系統(tǒng)傳遞到中性點不接地的較低電壓系統(tǒng),或由較低電壓系統(tǒng)傳遞到較高電壓系統(tǒng),或回路參數(shù)形成串聯(lián)諧振條件,產(chǎn)生高幅值的轉(zhuǎn)移過電壓。
7)發(fā)生于中性點不接地系統(tǒng)中的諧振過電壓,可采用電阻接地方式降低或防止。
二、操作過電壓保護
(1)各電壓級相對地計算用最大操作電壓的標么值(1.0pu=um/)應按以下數(shù)值選??;
35kv及以下低電阻接地系統(tǒng)為3.2pu;
3~35kv電力系統(tǒng)相間操作過電壓,宜取相對地過電壓的1.3~1.4倍。當采用金屬氧化物避雷器限制操作過電壓時,相對地及相間計算用最大操作過電壓的標么值需經(jīng)研究確定。
(2)35kv及以下系統(tǒng)中,開斷空截線路斷路器發(fā)生重擊穿的過電壓一般不超過3.5pu;開斷前系統(tǒng)已有單相接地故障,使用一般斷路器操作時產(chǎn)生的過電壓可能大于4.0pu。為此選用操作斷路器時,應使其開斷空載線路過電壓不超過4.0pu。
(3)35kv及以下電力系統(tǒng)的線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0pu,通常無需求取限制措施。
(4)3~66kv系統(tǒng)開斷并聯(lián)電容補償裝置,所斷路器發(fā)生單重擊穿時,電容器高壓端對地過電壓可能超過4.0pu,開斷前電源側有單相接地故障時,該過電壓將更高。開斷時如發(fā)生兩相重擊穿,電容器極間過電壓可能超過2.5ur.c(ur.c為電容器的額定電壓)。
(5)當開斷具有冷軋硅鋼片鐵芯的空載變壓器時,過電壓一般不超過2.0pu,可不采取保護措施。開斷熱軋硅鋼片鐵芯的35kv及下變壓器時,過電壓一般不超過4.0pu。
采用熄弧性能較強的斷路器開斷激磁電流較大的變壓器以及并聯(lián)電抗補償裝置產(chǎn)生的高幅值過電壓,可在斷路器的非電源側裝設閥式避雷器加以限制,保護變壓器的避雷器可裝在其高壓側或低壓側。但高、低壓側系統(tǒng)接地方式不同時,低壓側宜裝設操作過電壓保護水平較低的避雷器。
在可能只帶一條線路運行的變壓器中性點消弧線圈上,宜用閥式避雷器限制切除最后一條線路兩相接地故障時,強制開斷消弧線圈電流在其上產(chǎn)生的過電壓。
空載變壓器和并聯(lián)電抗補償裝置合閘產(chǎn)生的操作過電壓一般不超過2.0pu,可不采取保護措施。
(6)在開斷高壓感應電動機時,因斷路器的截流、三相同時開斷和高頻重復重擊穿等會產(chǎn)生過電壓(后兩種僅出現(xiàn)于真空斷路器開斷時)。過電壓幅值與斷路器熄弧性能、電動機和回路元件參數(shù)等相關。開斷空截電動機的過電壓一般不超過2.5pu,高頻重復重擊穿過電壓可能耐超過5.0pu。采用真空斷路器或采用截流值較高的少油斷路器時,宜在斷路器與電動機之間裝設旋轉(zhuǎn)電機金屬氧化物避雷器或r-c阻容吸收裝置。
高壓感應電動機合閘的操作過電壓一般不超過2.0pu,可不采取保護措施。
(7)35kv及以下系統(tǒng)發(fā)生的單電壓一般不超過.0pu,可產(chǎn)生過電壓 ,過電壓高低與接地方式有關,一般情況下不超過下列數(shù)值;
不接地為3.5up;
消弧線圈接地為3.2pu;
電阻接地為2.5pu。
具有限流電抗器、電動機負荷,且設備參數(shù)配合不利的3~10kv某些不接地系統(tǒng),發(fā)生單相間歇性電弧接地故障時,可能產(chǎn)生危及設備相間或相對地絕緣的過電壓,宜根據(jù)負荷性質(zhì)和工程的重要程度進行必要的過電壓預測,以確定保持記方案。如采用自動跟蹤的消弧線圈接地方式使接地點殘余電流不超過10a,對中壓電纜電網(wǎng)及接有旋轉(zhuǎn)電機的電網(wǎng),采用中性點電阻接地方式等。