如何避免空载线路的过电压问题？

(一)基本物理过程

从图2-8等值电路图可知在拉闸时的情况。在拉闸前,线路有工频电流iC,它越前于工频电压U90°,如图2-10中0～t1间。拉闸时,断路器中的电弧将在UC通过工频零点时暂时熄灭(图2-10中t=t1),这时UC恰好达到最大值+Uxg。由于电弧暂时熄灭,C上的电荷无处可流,因而UC将保持为+Uxg。然而电源电压是按正弦曲线而变化的,所以加在断路器断口上的电压将逐渐增大。过了半个周波后(即t=t2),断口上的电压差(图2-10中a1点至b1点的电压)将达到2Uxg,如果此时断口中的介质绝缘强度没有很好恢复,则在2Uxg的作用下触头间可能会被重新击穿,这等于又一次“合闸”。不过这时C上电压的始态值已为+Uxg,而重燃时它将变为新的稳态值-Uxg。如前所述,在过渡过程中将发生振荡,振荡将围绕着稳态值-Uxg进行。而过电压为:

图2-10　切空载线路过电压情况分析图

过电压=2×(-Uxg)-Uxg=-3Uxg

即达到3倍相电压。伴随着高频振荡电压的出现,在触头间将有高频电流流过,它与高频电压之间的相位为90°。因此,在t=t3,UC达到-3Uxg时,高频电流恰恰经过零点,于是电弧可能再一次熄灭。此时线路电容C上将保持-3Uxg的电压,电源电压则仍按正弦曲线继续变化。再过半个周波后(t=t4),断口上的电压差(即图2-10中b2点至a2点的电压)将达到4Uxg。如果断口中的介质绝缘强度此时不足以承受4Uxg,则触头将又一次被击穿。过电压将为:

即达到5倍相电压。如果继续依次类推,过电压可按-7Uxg、+9Uxg、-11Uxg、…逐次增加而达到巨大的数值。当然这里是指理想的情况。实际上过电压受很多因素限制,电压只能在一定范围内增高。(www.xing528.com)

(二)影响过电压值的因素

图2-11　电弧点燃后在高频电流振荡几次后过零点熄灭

(1)断路器的性能,是影响过电压值的最重要因素。由于电弧燃烧、熄灭的偶然性与不稳定性,断路器在切断空载线路时的重燃次数、重燃相角、熄弧时刻等都有很大的偶然性,使过电压值的实测数据有很大的分散性。在大量统计数据中,一般是重燃次数愈多,过电压也愈高。但这不是绝对的,还要看发生重燃时相角大小。如果重燃相角小,电源电压与线路电压相差不大,过电压也不会很高。此外还有熄弧时刻是在什么时候,如果电弧熄灭不是发生在高频电流第一次过零时,线路电压围绕着工频稳态分量经过几次振荡后电弧才熄灭(见图2-11),那么在熄弧前已经过几个高周波振荡,线路电压大为衰减(输电线在高频下损耗很大),熄弧时残留在线路上的电压较低,在下次重燃时,过电压也将较低。

(2)电力系统中性点接地方式。在中性点不接地时,由于三相不同时切断,加之三相互相影响,使过程极为复杂。过电压值比中性点直接接地系统高,一般约高出20%。如果在切、合操作时,空载线路还带有一相接地故障,则过电压值约为中性点直接接地系统的3倍。

(3)切空载线路时的系统接线方式。如线路上是否带有电压互感器及在变压器高、低压侧有无操作等。

当线路上带有普通电磁性电压互感器时,在断路器的触头分开后,线路上的残留电荷经互感器的电感对地泄放,电压不会像上面所述那样升高。

在变压器和线路的单元组合接线时,可允许从变压器低压侧切断空线。这时线路上残余电荷可经变压器绕组(中性点直接接地系统)向大地泄放,因而也可以降低切空线路过电压。