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农村电网过电压的管理

来源:金秋生发布时间:2016-09-22分类:[杂志期刊] 关键词: 6EP电源

引言
农村电网由35千伏变电所、10千配电线路及0.4千伏用电网络组成,处于大电网末端,线路T接多,结构复杂,绝缘等级相对较低。农网运行中常受过电压的威胁,影响农网正常运行,严重时还将造成大面积的停电,给农网和社会带来难以承载之灾。
农网过电压是指对电气设备绝缘有危险的突然升高电压,其电压幅值可超过额定电压的几倍,而电流大,能量释放时间段,将给农网安全供电和设备安全造成危害,影响农村生产、生活的正常运作。
农网过电压分为大气过电压和内过电压。大气过电压是由于大气中有强烈上升气流,而形成带正电荷与带负电荷的雷云,当电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,产生雷云放电而引起电压升高。而内过电压则是由于农网内能量的转换或传递所产生的电压升高。内过电压又分为谐振过电压和操作过电压,两者之间又存在着一定的内在关联。
一、农网过电压产生机理
1.大气过电产生原因
雷电是自然界中雷云之间,或雷云与大地之间的一种放电现象。其特点是:电压很高,电流很大,能量释放时间短,具有很大危害性。大气过电压是由雷云放电所致,其机理为:雷云中有强烈的上升气流,在气流作用下带正电的冰晶与带负电荷的水滴开始分离,形成带正电荷与带负电荷的雷云。由于正负极性电荷的不断积累,不同极性云层之间电场强度不断增大,当雷云电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就产生雷云放电而引起电压升高。
2.内过电压产生原因
内过电压中的谐振过电压,是农网中变配电设备发生故障,或是操作变配电设备时,使农网中电感和电容构成谐振回路,在一定条件激发下引起电能与磁能相互交换而产生电压升高。谐振过电压还分为线性和非线性两种。
内过电压中的操作过电压,是由于改变农网运行方式,或投切大容量变配电设备时,因操作设备的不当而引起的暂态过电压。或是由于某原因激发暂态稳定的谐振而引起电压升高。
二、农网运行中过电压产生实例
1.配变单相接地引起铁磁谐振过电压
农村10千伏配变大多置于户外,受自然环境影响易进水受潮,容易造成绝缘性能下降。再加上长期运行变压器油的绝缘强度降低而老化,易导致绕组击穿放电。进而可能发展成单相接地,或电弧性接地,使绕组电感与线路对地电容构成振荡回路,引发铁磁谐振而造成电压升高。
2.架空线路单相接地与配变构成谐振回路引起电压升高
农网运行中,当配变空载时,若发生线路单相接地或单相断线,其对地电容易与配变激磁电感构成谐振回路,在一定条件激发下引发铁磁谐振而导致电压升高。
3.误操作刀闸引起操作过电压
农网运行人员因带负荷误操作刀闸,引起电弧重燃,使系统参数发生变化,破坏系统稳定性或暂态稳定,激发产生电磁振荡而引起电压升高。
4.拉合支线跌落式熔断器引起过电压
农网运行人员在停送电倒闸操作中,带负荷单相拉合跌落式熔断器,因负荷电流大,在拉开熔断器时引起电弧重燃,使线路容抗发生变化,破话系统稳定性而激发引起电磁振荡导致电压升高。
5.频繁投切补偿电容器引起过电压
农网为提高功率因数而采用无功补偿,为使人工投切的补偿电容器达到提高功率因数的效果,则需对电容器运行频繁投切,以满足无功补偿量的需求。在电容器投入瞬间会引起电气参数的变化,当线路的感抗和容抗匹配时,会产生电磁振荡导致电压升高。此外,在补偿电容器投入间会产生高频、高幅值的合闸涌流,使农网中互感器的电感值及铁心磁通发生变化,因而引起铁磁谐振而造成电压升高。
6.投切空载线路或配变引起过电压
农网运行中当投切空载线路或配变时,可引起农网电气参数发生变化,从而激发电磁振荡而引起电压升高。此外,在进行空载配变倒闸操作时,其切除的电流是配变的激磁电流,如是用跌落式熔断器对配变进行倒闸,由于是分相操作而动作速度又慢,容易使配变内电流发生变化,从而产生很高自感应电压而引起电压升高。
三、农网过电压的危害
农网的大气过电压是由雷云放电所致。因雷云电荷的感应作用,将使附近地面聚积大量正电荷,从而导致地面与雷云之间形成强大电场。当某处聚积的电荷密度足够大时,使电场强度达到空气游离的临界时即发生放电。若放电落雷击中农网线路时,防雷保护不动作,断路器不跳闸,此时相当于母线短路。如是短路点接近变压器,且主变容量大,内阻抗小,将产生很大短路电流。由于短路电流的热效应和电动效应,必将导致变压器绕组绝缘击穿损坏。同理,如落雷击中农网任何电气设备,也必将造成电气设备损坏而影响农网正常供电。
农网内过电压大多是由设备故障或倒闸操作不当所引起的。这种非正常的电压升高,其幅值可达额定电压值的2~3倍,严重危及电网运行的稳定性,或将引起电气设备绝缘击穿等各种事故,严重时还可导致农网停电。
农网中的操作过电压是运行人员倒闸设备时的误操作而引起电压升高,此类过电压的幅值大于额定电压的2.5倍,且持续时间较长,更会对设备绝缘造成严重威胁。
四、农网过电压的防范措施
农网过电压的保护措施,既要考虑到大气过电压对农网设备的破坏作用,又要考虑系统内过电压对设备绝缘造成威胁或击穿。通过综合分析考虑选择科学合理又有针对性的保护装置,才能有效地防范过电压造成的影响。
1.大气过电压的防范
农网遭受大气过电压而发生线路跳闸,究其原因是雷击所造成的。防直击雷的措施是:对被保护线路或设备安装避雷器。但值得重视的是:必须十分注意避雷器安装位置与方法,否则将适得其反。在变电所进线段上方架设接地的架空避雷线,也是有效防雷击的措施。如是采用双避雷线能更好分流雷电流的作用,有利于降低雷击杆顶的电位。对无架空避雷线部分的线路,应采用架空导线的三角形排列,顶层一相导线则能起到避雷线作用。
防感应雷的措施是:变电所进线段的架空避雷线不能起到变电所出线的龙门架上,只能引导终端杆塔处,还应对每串绝缘子多加一片绝缘子类加强绝缘强度。另外,还要采用延伸接地极或使用长效化学降足剂来降低杆塔的接地电阻值,以提高防雷效果。对线路大跨度杆塔的保护角和转角杆跳线,还要采取屏蔽措施,这也是增强线路防雷的必要措施。
除此之外,为提高线路防雷击的水平,则需着力增强线路的绝缘功能,其办法是:确保挂网运行绝缘子质量优良;加强对运行汇总绝缘子的零值检测;对雷电活动频繁线段的绝缘子,要适当增加片数,以提高承受反击电压的能力。
2.内过电压的防范
配变单相接地引起谐振过电压的防范。除选用节能低损优质的配变外,在运行管理中进行常规的巡视、检查、维护及定期预防性试验外,还要运用现代科技手段进行检测,及时发现潜伏性隐患。以此提供状态维修信息,有利于进行潜伏故障的排除,避免单相接地事故的发生,使之不易引发谐振过电压。
架空线路单相接地或断线引起谐振过电压的防范。农网架空线路建设时,一定按技术规范进行施工,保证线路与建筑物、树木的技术标准,确保线路走廊达标。线路导线截面一定按运行负荷选择确定,线路档距合理,导线接头牢固可靠。线路运行中除按规程进行巡视维护外,还要加强防外力破坏的措施,以利防止导线断线及单相接地故障的发生。
支线跌落式熔断器操作引起电压的防范。为避免跌落式熔断器操作不当引发的过电压,可将熔断器换成三相联动的柱上少油断路器,不仅避免单相操作引起过电压,而且也能完善保护功能。
投切空载线路或配变引起过电压的防范。对此可在配变进线侧线路上安装避雷器,可起到抑制过电压作用。但避雷器一定要安装在跌落式熔断器下方受熔断器控制,以利在线路不停电状况下进行避雷器更换,维护试验。即使在非雷雨季节也不必退出运行,有利于抑制空载投切引起过电压。
补偿电容器投切引起过电压的防范。补偿电容器运行中发生的喷油、鼓肚、烧毁的主要原因是投切操作过电压所致。当电容器投入时由于合闸涌流引起系统参数的变化,若满足谐振条件必将产生振荡,其谐振过电压经电容器时,反而被放大,造成运行环境恶化,对电容器构成致命威胁。为抑制电容器投切过电压,其控制开关不应使用能引起电话重燃的真空断路器。因其真空泡内的触头行程短,介质击穿电压高于恢复电压,在分合闸过程中开关机构的振动极易使动静触头间的电弧重燃。电弧重燃等于给电容器二次充电,间歇性的电弧重燃电容器极板上加一个非正弦分量,此交流分量在电容器内会引起电荷积累而产生过电压。由于这过程的电荷具有积累而产生过电压。由于这过程的电荷具有积累效应,故易导致电容器极板绝缘的损坏,使电容器的使用寿命受到影响。
此外,为避免电容器投切引起过电压,也可在电容器侧加装氧化锌避雷器,也能起到抑制过电压作用。或且在电容器加装限流电阻器或串联电抗器,以限制合闸涌流,同样也能起到抑制过电压作用。
随着科技发展,对补偿电容器运用自动跟踪控制装置,即能实现按无功需求而调整补偿电容量,可减少补偿电容器的频繁投切,这不仅可减少电容器投切,而且还能有效改善补偿的效果。
五、结束语
农网过电压保护装置,既要考虑大气过电压对电力设施的破坏,又要考虑到系统内过电压及操作过电压对农网设备的威胁。过电压的保护要以科技之魂引领,选择现代科技技术的保护装置,才能有效抑制过电压的破坏,确保农网安全可靠运行。
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