保定市安特变压器厂
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核心结论:消弧线圈本身并不能直接、有效地解决电力系统中的暂态过电压问题。它的主要设计目标是阻止工频稳态过电压(特别是单相接地故障时的电弧重燃过电压),而暂态过电压的产生机理和特性与它所针对的问题有本质区别。
下面我们从几个方面来深入理解这个问题:
1. 消弧线圈的核心作用与工作原理
目标: 解决中性点不接地系统(或经消弧线圈接地系统)中,单相接地故障 时产生的问题。
问题所在: 在中性点不接地系统中,发生单相接地故障时,非故障相的对地电压会升高到线电压(√3倍相电压)。如果故障点存在不稳定的电弧(间歇性电弧),会产生高频振荡,导致健全相出现很高的弧光接地过电压(一种特殊的暂态过电压,但频率很高)。
解决方案: 通过在变压器中性点接入一个可调电感(消弧线圈),使其在系统发生单相接地故障时,产生一个感性电流来补偿系统的对地电容电流。
全补偿/过补偿: 使接地点的残流很小(主要是有功分量),电弧难以维持,从而自行熄灭。
关键点: 消弧线圈补偿的是工频的容性电流,它改变的是故障点的稳态电流特性,从而阻止了因电弧重燃引起的高频暂态过程。但它并不是通过“吸收”或“阻尼”暂态能量来工作的。
2. 暂态过电压的主要类型与成因
主要包括:
操作过电压:
起因: 开关操作(如切合空载线路、电容器组、电抗器、空载变压器等)。
特点: 与开关动作时刻、系统参数、残余电荷等有关。幅值可达2.5~4.0 p.u.,持续时间较长(毫秒级)。
雷电过电压:
起因: 直击雷或感应雷。
特点: 波前陡峭(微秒级),幅值非常高(可达数十千伏甚至更高),是电力设备绝缘非常危险的威胁之一。
谐振过电压:
起因: 系统中的电感、电容元件参数匹配不当,在某些操作或故障后形成谐振回路。
特点: 可以是工频、分频或高频的,持续时间可能较长(秒级),幅值也可能很高。
3. 为什么消弧线圈对暂态过电压无效?
作用机理不匹配:
消弧线圈是一个大电感,它对高频暂态信号呈现出非常高的阻抗(感抗 XL = ωL,ω为角频率,频率越高,感抗越大)。因此,它几乎无法为高频的暂态电流提供低阻抗通路,也就无法“疏导”或“吸收”暂态能量。
相反,它可能会因为其巨大的电感量,在某些情况下(尤其是在系统操作时)与线路的分布电容形成新的谐振回路,反而诱发或加重某些类型的谐振过电压。
4. 如何正确应对暂态过电压?
解决暂态过电压问题需要采取其他专门的技术措施:
限制操作过电压:
金属氧化物避雷器: 这是非常主要的限压设备,能快速响应并钳制过电压幅值。
断路器加装并联电阻: 在切合空载长线时,先投入电阻触头,阻尼操作过程中的电磁振荡。
使用SF6断路器或带合闸电阻的真空断路器: 这些断路器的灭弧性能较好,能有效阻止截流过电压。
防护雷电过电压:
避雷针、避雷线: 避免直击雷。
金属氧化物避雷器: 避免侵入波和操作过电压。
接地装置: 良好的接地是泄放雷电流的基础。
阻止谐振过电压:
破坏谐振条件: 改变系统运行方式(如投入备用线路)、避免特定的操作顺序。
加装阻尼元件: 如在电压互感器开口三角绕组加装电阻,破坏铁磁谐振的条件。
选用励磁特性好的电压互感器。
