开关操作产生过电压分析及限制办法

开关操作产生过电压分析及限制办法

王雪梅

王雪梅（内蒙古扎赉诺尔煤业公司五牧场煤矿，内蒙古呼伦贝尔021130）

摘要：对开关操作过程中产生电感电流负载的截流过电压和开断电容性负荷的电弧多次重燃产生过电压进行了分析，并用所产生的过电压波形进行了数据分析，指出了限制过电压的意义，阐述了限制过电压的几点措施。

关键词：开关操作；截流过电压；多次重燃过电压

引言

由于开关操作，使电力系统由一种稳态过渡到另一种稳态。在其过滤状态过程中，系统内部电源能量产生振荡，互相转换和重新分布，都可能在某些设备上或系统中出现过电压。产生的过电压对电气设备的危害性极大，如不及时防治，有可能使电气设备的绝缘击穿而损坏或造成停电事故。

1操作产生过电压的表示方法及类型

1.1表示方法

操作产生过电压的能量来源于系统本身，其大小基本上与50Hz工频电压成正比，常用过电压倍数K0表示。一般是以过电压幅值除以该处工频相电压的幅值，即K0=Ugm/Uxm。

1.2类型

常见的开关操作过程产生的过电压主要是切断小电感电流负载的截流过电压和开断电容性负载的电弧多次重燃过电压。

2截流过电压

用断路器切除小电感电流，如切除空载变压器和电动机等，可能产生很高的过电压。其中主要是截流过电压，也可能产生重燃过电压。现以切除空载变压器为例，分析其过电压产生的原因、影响因素及限制措施。

2.1截流过电压的产生

利用真空断路器和空气断路器切除空载变压器时，由于开关熄弧能力强，使电流在未自燃过零前强迫熄灭，产生电磁振荡，形成很高的过电压，K0值可能很高。

2.2切除空载变压器的等值电路

如图1所示：L是变压器激磁电感，C是变压器绕组对地电容，QF是断路器。

图1空载变压器等值电路

2.3产生截流过电压的分析

当开关QF断开前，有一激磁电I0通过原绕电感L，当开关QP断开后，电感中储存的磁能1/2LI20将转变为电场能量，因此有1/2LI20=1/2CU2，所以U=I0■。

图2波形图

由于C<L，所以此时出现的过电压较大。高压断路器开断较大的变压器负荷电流时，因电源供给的能量很大，足以维持电弧电压。电弧都是在工频电流过零时熄灭，励磁电感中贮能为零。电容C中微小电流通过电感后迅速释放而消失，故不产生过电压。但开断变压器空载时，因激磁电流仅为额定电流的1%~4%，电源提供的能量较小，电弧电流很不稳定，其波形出现高频振荡而不按正弦曲线变化。在有强大灭弧能力的断路器作用下，会在电流自燃过零之前，强行截断，电感中的贮能不可能变至零，而对小电容C进行高频放电，电流i急剧下降，故L■可达很高值，见图2所示。

由分析可见，过电压值主要与L和C有关，L越大，同样截流在线圈中所储磁能就越多，过电压就越高；C越小，电场能量在电容上产生的端电压越高。另外，过电压的大小与断路器的性能也有关，断路器熄灭小电流电弧能力强，电弧不易重燃，过电压就越高；反之，熄灭小电流电弧的能力差或断口间的介质耐压恢复速度较慢，产生截流值小，过电压低。

2.4减小截流过电压的措施

为了减小过电压值，可以加大变压器的对地电容或改掉一部分变压器的储能，如加长断路器与变压器之间的电缆，可增大对地电容；或在变压器入口处并联一定的R-C串联阻容吸收电路；或在断口处并联电阻作截流时另一通路；或在人口处设置阀型避雷器，当过电压动作时，可释放绕组中的一部分能量。

图5波形图

3电弧多次重燃产生过电压

3.1电弧多次重燃产生过电压的原因

断路器在断开空载线路和电容组时，如果断路器断口介质电压恢复速度慢，触头间隙产生多次重燃，将产生较高的过电压。长线空载T型等值电路如图3所示。

3.2产生电弧多次重燃过电压的分析

当断路器QF发生重燃时，由L与C组成的振荡回路因振荡频率比工频高得多，电源电压可视为不变，此时的交流电源可用一个直流电势代替。如图4所示。

交流电路的重燃，相当于线路又一次合闸，最不利的合闸情况是在工频相电压为最大幅值Um时，此时过电压值相当于图5所示。

电路在断开前电流超前电压90°，开断时断路器中的电弧在电流第一次过零的l1点熄灭，此时电容器C上保持工频电压幅值Um，经工频半周后在l2处电源电压变为-U。在断路器断口处出现2Um，如果这时又被击穿，过电压值为3Um。当高频电流第一次过零时，即t3处电弧熄灭，电容器上将保持有-3Um电压值，再经工频半周后，电源电压为+Um，断口处出现4Um，如果电弧再度重燃，电压为5Um，依次类推，过电压按-7Um，9Um…到很高值。重燃次数越多，产生的过电压值愈高。

3.3实验测试结果

事实上，过电压的幅值受到断路器的性能和其它一些因素的影响，如重燃不一定发生在工频电压最大值，由于电容电荷的泄漏和自由振荡衰减等，都将使电容器的电压降低得很快。因此，实际上切断电容负载发生的过电压幅值，根据测试结果是：中性点不接地系统，最高过电压倍数K0=4，直接接地系统K0=3。

结束语

文中对开关操作、过电压形成的原因以及限制措施提出了分析看法，指出了两种常见的内部操作过电压形成过程、原因，给出了操作过电压倍数的测试数据；对如何保护电网安全运行，提高电网电能质量以及对电气设备的安全保护都有一定的借鉴意义。