電容器組投切過電壓

1、并聯(lián)電容器組操作過電壓分析 在電力系統(tǒng)中在電力系統(tǒng)中, ,電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個最基本、最重要的指標。確電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個最基本、最重要的指標。確保電力系統(tǒng)的正常運行保電力系統(tǒng)的正常運行, ,供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。 電壓控制的重要方法之一是對電力系統(tǒng)的無功功率進行控制電壓控制的重要方法之一是對電力系統(tǒng)的無功功率進行控制, ,即對系統(tǒng)進行無即對系統(tǒng)進行無功補償。進行無功補償?shù)姆椒ê芏喙ρa償。進行無功補償?shù)姆椒ê芏? ,主要有主要有: :同步發(fā)電機補償、同步電動機補同步發(fā)電機補償、同步電動機補償、同步調(diào)相機補償、并聯(lián)電容器組

2、補償及用靜止無功補償裝置進行無功補償、同步調(diào)相機補償、并聯(lián)電容器組補償及用靜止無功補償裝置進行無功補償?shù)?。償?shù)取?目前國內(nèi)用得較普遍的是并聯(lián)補償電容器目前國內(nèi)用得較普遍的是并聯(lián)補償電容器, ,它可根據(jù)需要由若干電容器串、并它可根據(jù)需要由若干電容器串、并聯(lián)組成聯(lián)組成, ,容量可大可小容量可大可小, ,即可以集中使用、又可以分散使用即可以集中使用、又可以分散使用, ,且可分相補償且可分相補償, ,可可隨時分組投切隨時分組投切, ,具有運行靈活具有運行靈活, ,有功損耗小有功損耗小, ,維護方便維護方便, ,投資少等優(yōu)點投資少等優(yōu)點, ,因此因此, ,并并聯(lián)補償電容器組作為一種無功電源被廣泛應用于電

3、網(wǎng)的無功補償聯(lián)補償電容器組作為一種無功電源被廣泛應用于電網(wǎng)的無功補償, ,以提高電壓以提高電壓質(zhì)量和功率因數(shù)質(zhì)量和功率因數(shù), ,減小電能損耗。減小電能損耗。 近年來近年來, ,隨著電網(wǎng)容量的迅速增大和對電能質(zhì)量要求的不斷提高隨著電網(wǎng)容量的迅速增大和對電能質(zhì)量要求的不斷提高, ,電容器電容器的投切的投切操作越來越頻繁。低壓無功補償裝置的投切采用晶閘管投切技術操作越來越頻繁。低壓無功補償裝置的投切采用晶閘管投切技術, ,能精確能精確地控制地控制電容器的投切時刻電容器的投切時刻, ,從而最大限度地減少投切時的沖擊電從而最大限度地減少投切時的沖擊電流和過流和過電壓。而高壓電壓。而高壓電容器的投切電容器

4、的投切, ,由于受到可控硅器件耐壓的限制不由于受到可控硅器件耐壓的限制不能做到無觸點精確控制能做到無觸點精確控制, ,都都是利用斷路器來投切是利用斷路器來投切, ,不可避免地帶來操作過不可避免地帶來操作過電壓。另外電壓。另外, ,真空斷路器被真空斷路器被大面積大面積應用應用, ,由于其開斷特性和電弧特性與以由于其開斷特性和電弧特性與以往使用的油斷路器不盡相同往使用的油斷路器不盡相同, ,使得使得操作過操作過電壓引起的故障現(xiàn)象有了一些電壓引起的故障現(xiàn)象有了一些新的特性新的特性, ,不少性能比較差的國產(chǎn)真空斷路器不少性能比較差的國產(chǎn)真空斷路器分閘分閘時重燃現(xiàn)象嚴重。時重燃現(xiàn)象嚴重。 并聯(lián)電容器組操

5、作過電壓的危害總的來說主要是損壞并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器組操作過電壓的危害總的來說主要是損壞并聯(lián)電容器組的設備組的設備, ,持續(xù)持續(xù)的過電壓會大大降低電容器裝置的壽命的過電壓會大大降低電容器裝置的壽命, ,嚴重的操嚴重的操作過電壓會破壞電容器作過電壓會破壞電容器的對的對地絕緣或發(fā)生極間擊穿地絕緣或發(fā)生極間擊穿, ,使電容器裝置使電容器裝置不能正常運作不能正常運作, ,進而牽連和破壞系統(tǒng)進而牽連和破壞系統(tǒng)中其他中其他設備設備, ,影響電網(wǎng)的正常影響電網(wǎng)的正常運行。運行。 并聯(lián)電容器過電壓操作過電壓： 合閘過電壓 分閘過電壓 并聯(lián)電容器組分閘過電壓主要是指分閘重燃過電壓并聯(lián)電容器組分閘過電壓主要是指分

6、閘重燃過電壓, ,包括單相重燃和多包括單相重燃和多相重燃過相重燃過電壓。重燃過電壓是由于切除電容器組時因開關的重燃而引起電壓。重燃過電壓是由于切除電容器組時因開關的重燃而引起的的, ,當開當開關斷開關斷開電流熄滅后電流熄滅后, ,電容器組上的殘存電荷在短時間內(nèi)無法釋放電容器組上的殘存電荷在短時間內(nèi)無法釋放, ,電容器組上將電容器組上將殘留直流殘留直流電壓電壓, ,假如開關弧隙絕緣恢復的速度低于恢復電假如開關弧隙絕緣恢復的速度低于恢復電壓增長的速度壓增長的速度, ,一旦真空一旦真空開關開關的電氣恢復強度不能承受加于其上的暫態(tài)的電氣恢復強度不能承受加于其上的暫態(tài)恢復電壓恢復電壓, ,將發(fā)生重擊穿將

7、發(fā)生重擊穿, ,引起引起電磁振蕩電磁振蕩, ,產(chǎn)生重燃過電壓。真空斷路器產(chǎn)生重燃過電壓。真空斷路器投切電容器組產(chǎn)生過電壓投切電容器組產(chǎn)生過電壓, ,所有成因都所有成因都歸結為歸結為電流過零后一段時間內(nèi)電流過零后一段時間內(nèi)( (幾幾msms至至幾幾s),s),弧隙動態(tài)介質(zhì)恢復強度低于恢復弧隙動態(tài)介質(zhì)恢復強度低于恢復電壓而電壓而導致電流重現(xiàn)。導致電流重現(xiàn)。 電容器在開斷過程中,若開關不發(fā)生重燃,電容器組為自然開斷,即電容器組正常分閘。圖1所示是并聯(lián)電容器組的簡化電路圖,中性點對地電容遠小于補償電容。假設斷路器動作后,在t=0ms時,A相電流先過零,熄弧,此時A相電源恰為最大值,即相電壓峰值Um(以

8、下未作特別說明的電壓倍數(shù)均以相電壓峰值為單位)。由于A相電容器的電荷無法釋放,故A相電容上有直流電壓1.O,B、C相電容上有直流電壓0.5 。ACBcba110.50.50.50.5t=0ms,A相電流過零時斷開0.5o+ 過四分值之一工頻周期后,B、C相間電壓最大,電流過零,兩相同時熄弧,此時A相電容上保持1不變,B、C兩相電容則相應加上原直流分量0.5,分別為0.37和-1.37,中性點電位為0.5。所以,正常分閘情況下,電容器極間只耐受1.37的過電壓作用,對地僅耐受0.5電壓,不會對電容器絕緣構成威脅。 iBC=0 Uan=Um， Ubn=0.37Um , Ucn=-1.37Um ,U

9、nm=0.5Um, B、C相同時熄弧t=5ms,B、C相間電壓最大時兩相斷開ABC00.870.8710.371.370.5+ 分閘單相重燃 斷路器各項觸頭恢復電壓最大：斷路器各項觸頭恢復電壓最大： A:10msA:10ms 2.5U2.5Um m B:16.7msB:16.7ms 1.87U1.87Um m C:13.3msC:13.3ms -1.87U-1.87Um m 斷路器三相分閘后, t=10ms時,A相斷路器斷口上的恢復電壓將達2.5,B相和C相的斷口電壓分別為0.37和-1.37。如此時A相發(fā)生重燃,由于回路中有串聯(lián)電抗等電感元件存在,A相電源經(jīng)A相電容器和中性點電容接通,形成自

10、由振蕩。忽略損耗,A相對地電壓將達2(-)l-(1+0.5)=3.5,由于A相電容遠小于中性點雜散電容,過電壓主要加在中性點電容上,A相電容上的電容基本未變,所以中性點電位達到(-3.5-1)=-4.5,其他相的對地電位也將升高,C相對地電位為(-1.37)+(-4.5)=-5.87,B相對地電位為0.37+(-4.5)=4.13。t=0.01ms,A相開關斷口電壓最大10.50.510.371.370.5t=0.01ms,A相重燃10.50.510.371.37-4.5 由于中性點不接地系統(tǒng)允許單相接地運行2小時,因此在電源側(cè)單相接地故障情況下也可能開斷電容器組,可用類似的分析方法求得相對地

11、過電壓最高達到-8.5,中性點電位達到-6.83比無故障情況下的單相重燃過電壓更嚴重。 分閘兩相重燃 斷路器分閘兩相重燃分為兩相非同時重燃和兩相同時重燃兩種情況。由于單相重燃時回路的振蕩頻率很高,中性點電壓在很短的時間內(nèi)上升,使其他兩相的斷路器斷口間恢復電壓迅速上升,導致另一相隨后重燃,這種情況是兩 相 非 同 時 重 燃 。 由 前 分 析 可 知 , A 相 重 燃 后 C 相 恢 復 電 壓 可 達(1.0+5.87)=6.87,假設C相在斷口恢復電壓最大時重燃,一方面主要時A、C相電源通過串聯(lián)電抗對C充電,使A、C相電容上的電壓增大,另一方面A、C相電源通過串聯(lián)電感和C對中性點電容充電

12、,使中性點上的電壓出現(xiàn)振蕩。用類似的方法分析可得,A相電容上的電壓為-2.87,C相電容上的電壓為2.5,中性點電位和相對地電壓最大值基本等同于C相重燃前的狀態(tài); 除了由單相重燃引起的兩相非同時重燃情況外除了由單相重燃引起的兩相非同時重燃情況外, ,實際運行中也可能實際運行中也可能發(fā)生發(fā)生A A、C C兩相同時重燃兩相同時重燃, ,假設兩相重燃在假設兩相重燃在A A、C C相相間電壓最大時發(fā)相相間電壓最大時發(fā)生生, ,此時此時A A、C C相的電容器極間過電壓接近最嚴重情況相的電容器極間過電壓接近最嚴重情況, ,用類似的方用類似的方法分析可得法分析可得A A相電容器極間電壓達到相電容器極間電壓

13、達到3.3.1 1,C,C相電容極間電壓為相電容極間電壓為2.73,2.73,考慮串聯(lián)電抗器的影響考慮串聯(lián)電抗器的影響, ,用運算法可得電容器最大極間電壓為用運算法可得電容器最大極間電壓為3.1(1+k),k3.1(1+k),k為串聯(lián)電抗率。顯然為串聯(lián)電抗率。顯然, ,兩種兩相重燃情況的電容器兩種兩相重燃情況的電容器極間極間過電壓均超過了電容器極間操作沖擊耐壓水平。過電壓均超過了電容器極間操作沖擊耐壓水平。 合閘過電壓并聯(lián)電容器組的操作過電壓主要是指分閘重燃過并聯(lián)電容器組的操作過電壓主要是指分閘重燃過電壓電壓,合閘時一般不會合閘時一般不會產(chǎn)生威脅產(chǎn)生威脅電容器絕緣的過電電容器絕緣的過電壓。按照

14、開關三相合閘的不同情況劃分壓。按照開關三相合閘的不同情況劃分,合閘過電合閘過電壓壓主要有主要有:三相同時合閘過電壓、非同期合閘過電三相同時合閘過電壓、非同期合閘過電壓、合閘時觸頭彈跳過電壓等壓、合閘時觸頭彈跳過電壓等,其中由其中由合閘彈跳引合閘彈跳引起的過電壓最主要。起的過電壓最主要。 (1)(1)正常合閘正常合閘 電容器合閘時電容器合閘時, ,電容器兩端的電壓由兩部分組成電容器兩端的電壓由兩部分組成, ,即工頻部分和高頻部分即工頻部分和高頻部分, ,工頻部分就是電容器兩端的穩(wěn)態(tài)電壓工頻部分就是電容器兩端的穩(wěn)態(tài)電壓, ,高頻部分為暫態(tài)電壓高頻部分為暫態(tài)電壓, ,產(chǎn)生極間過產(chǎn)生極間過電壓主要因為

15、存在高頻暫態(tài)電壓電壓主要因為存在高頻暫態(tài)電壓, ,而暫態(tài)電壓與合閘瞬間電源電壓的初而暫態(tài)電壓與合閘瞬間電源電壓的初相角以及電容器上的殘壓有關。未充電的電容器合閘時相角以及電容器上的殘壓有關。未充電的電容器合閘時, ,極間過電壓的極間過電壓的最大值不會超過其額定電壓峰值的最大值不會超過其額定電壓峰值的2 2。如果電容器處于充電狀態(tài)。如果電容器處于充電狀態(tài), ,而充電而充電電壓和系統(tǒng)電壓大小相等電壓和系統(tǒng)電壓大小相等, ,極性相反時極性相反時, ,合閘時的極間過電壓可能達到合閘時的極間過電壓可能達到3 3。 (2)(2)非同期合閘非同期合閘 斷路器非同期合閘時斷路器非同期合閘時, ,可能出現(xiàn)其中一

16、相先合閘使電容器充電可能出現(xiàn)其中一相先合閘使電容器充電, ,而而其它兩其它兩相接通相接通時時, ,可能會遇到大小相近可能會遇到大小相近, ,極性相反的工況極性相反的工況, ,發(fā)生非同發(fā)生非同期合閘過電壓。期合閘過電壓。05001000150020002500300035004000t/s05001000150020002500300035004000|Us|/V0 k100 k500 k0 k100 k500 k05001000150020002500300035004000t/s05001000150020002500300035004000 |Us|/kV (3)(3)合閘彈跳合閘彈跳 由

17、于真空開關的觸頭是平面接觸由于真空開關的觸頭是平面接觸, ,在合閘時難以完全避免彈跳現(xiàn)象在合閘時難以完全避免彈跳現(xiàn)象, ,這樣這樣就將出現(xiàn)電弧斷開又接通的重復過程就將出現(xiàn)電弧斷開又接通的重復過程, ,與電容器充電狀態(tài)下的重新合閘與電容器充電狀態(tài)下的重新合閘的狀態(tài)相近似的狀態(tài)相近似, ,當觸頭接通瞬間發(fā)生彈跳當觸頭接通瞬間發(fā)生彈跳, ,其電流高頻過零時其電流高頻過零時, ,發(fā)生熄弧發(fā)生熄弧, ,此時在電容器上已充有電荷此時在電容器上已充有電荷, ,當觸頭再次接通時當觸頭再次接通時, ,有如斷路器發(fā)生分閘重有如斷路器發(fā)生分閘重燃一樣燃一樣, ,產(chǎn)生較高的合閘過電壓產(chǎn)生較高的合閘過電壓, ,同時電容器極間也會產(chǎn)生較大的過電壓。同時電容器極間也會產(chǎn)生較大的過電壓。一般來說一般來說, ,合閘彈跳過電壓比重擊穿過電壓要低。但因電容器組需進行合閘彈跳過電壓比重擊穿過電壓要低。但因電容器組需進行經(jīng)常操作經(jīng)常操作, ,在這樣的過電壓多次沖擊下在這樣的過電壓多次沖擊下, ,電容器的絕緣劣化速度將加快。電容器的絕緣劣化速度將加快。0500100015002000250030003500t/s05001000150020002500300035004000|Us|/