陡波過電壓的危害及預(yù)防.docVIP

行業(yè)資料：_陡波過電壓的危害及預(yù)防單位：_部門：_日期：_年_月_日第 1 頁 共 9 頁陡波過電壓的危害及預(yù)防摘要?dú)怏w絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，伴隨而生的陡波過電壓問題也逐漸引起人們的注意。闡述了陡波過電壓產(chǎn)生的機(jī)理、特性、傳播途徑及危害性，分析了陡波過電壓的影響因素，提出了防止陡波過電壓產(chǎn)生的措施。關(guān)鍵詞氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備；隔離開關(guān)；過電壓近20多年來,氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)以其占地少、運(yùn)行可靠、維修周期長等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。但其隔離開關(guān)由于分合速度慢及滅弧性能差,在分合操作過程中,觸頭間隙會發(fā)生多次燃熄弧,引起高頻震蕩而形成陡波過電壓(VFTO),其上升時(shí)間短至420ns,幅值一般低于3Pu(額定電壓)。國外有研究表明，當(dāng)電壓等級較低時(shí)，VFTO的危害甚小,但在一定條件下,VFTO會引起300kV以上的高電壓，造成GIS內(nèi)部或外接設(shè)備擊穿事故，給電力系統(tǒng)帶來很大損失。浙江北侖發(fā)電廠500kVGIS系統(tǒng)就曾因隔離開關(guān)帶電操作引起的陡波過電壓使GIS盆式絕緣子對金屬套管外表放電。1陡波過電壓產(chǎn)生的機(jī)理以隔離開關(guān)合上一段不帶電的GIS回路為例，后者可以近似看作是一個(gè)集中電容。當(dāng)觸頭間距離漸漸縮短，電源側(cè)電壓達(dá)到一定值時(shí)，隔離開關(guān)會發(fā)生第1次擊穿，這一電弧在受觸頭運(yùn)動、GIS內(nèi)SF6氣流滅弧等因素影響下，極易熄滅，燃熄弧時(shí)間極短。因此，在發(fā)生第2次擊穿(重燃)時(shí)，電容上的殘余電壓便是前一次燃弧瞬間的電源電壓。由于隔離開關(guān)的觸頭是不對稱的，故不同極性電壓(因系統(tǒng)電壓為交流電壓，不同極性電壓即指x軸上下的電壓)下的擊穿電壓也不同，第2次擊穿前觸頭間的電壓差可能高于第1次，過電壓也可能比第1次高。但是隨著觸頭間距離漸漸縮短，擊穿電壓將越來越低，過電壓也隨之漸漸降低。由于隔離開關(guān)的分合速度太慢(如北侖電廠二期500kVGIS隔離開關(guān)分合時(shí)間近10s)，導(dǎo)致這種擊穿過程在隔離開關(guān)的一次操作過程中將發(fā)生數(shù)百次之多，從而產(chǎn)生一連串波頭極陡、頻度極密的特高頻操作陡波過電壓。GIS設(shè)備被切斷后，由上述過程最終形成的殘余電荷會留在電容上，并保持相當(dāng)長的時(shí)間。在下一次合閘的第一次擊穿時(shí)，觸頭間的電壓差往往大于1Pu，這會使過電壓增高。2特性GIS中所充的SF6氣體具有很高的絕緣強(qiáng)度，因此間隙距離比在同電壓等級下的空氣間隙小得多。當(dāng)隔離開關(guān)觸頭發(fā)生擊穿時(shí)，起弧過程非常迅速，使注入網(wǎng)絡(luò)的電壓波形具有極高的上升(下降)陡度，且上升(下降)時(shí)間僅420ns。這個(gè)電壓波在距離很短的GIS系統(tǒng)內(nèi)傳遞，發(fā)生多次折射與反射，形成含有多個(gè)頻率的震蕩波，其中包括3個(gè)主要頻率：(1)1MHz左右的基本震蕩頻率，由整個(gè)系統(tǒng)決定，包括GIS及相鄰設(shè)備，主要由電源側(cè)和負(fù)載側(cè)的電感和電容震蕩形成，其幅值不高，對GIS的絕緣不造成威脅。(2)幾十兆赫的高頻震蕩，由陡形波在GIS內(nèi)發(fā)展形成，其值取決于隔離開關(guān)觸頭第1次擊穿時(shí)刀閘二極間的等效電感和電容值及擊穿后系統(tǒng)的電感和電容值，它是VFTO的最重要部分，影響著GIS的絕緣水平。(3)更高赫茲的特高頻震蕩，這是由陡形波在GIS內(nèi)相鄰部件間折反射形成的，通常幅值較低。3傳播陡波過電壓的傳播是一種行波過程。由于波頭陡度大，即使在相距很近的2個(gè)設(shè)備上，過電壓也會有明顯的差別，避雷器幾乎沒有保護(hù)作用。行波在GIS中傳播時(shí)，高頻電流的極膚效應(yīng)使電磁波被限制在導(dǎo)體的外表面和外殼的內(nèi)表面。當(dāng)行波傳播到GIS與架空線路相連處時(shí)，電磁波的一部分會沿著套管的載流體傳輸?shù)郊芸站€上，如果架空線很短，VFTO仍會作用在相關(guān)的設(shè)備(如變壓器)上；而電磁波的另一部分則沿著GIS外殼對地構(gòu)成的電路傳輸，使外殼對地電位升高，這種由外殼傳輸?shù)亩覆ㄟ^電壓稱為暫態(tài)電位升(TEV)。4VFTO的影響因素4.1殘余電荷電壓VFTO幅值倍數(shù)的一個(gè)直接影響因素是殘余電荷電壓。圖1給出了母線側(cè)、電源側(cè)的VFTO與殘余電荷電壓的關(guān)系曲線，它們近似呈線性關(guān)系。殘余電荷電壓越高，VFTO越高。當(dāng)殘余電荷電壓為0時(shí)，電源側(cè)VFTO幅值為1.3Pu；當(dāng)殘余電荷電壓為0.8Pu時(shí)，VFTO幅值高達(dá)2.7Pu。殘余電荷電壓與負(fù)載側(cè)電容電流大小、隔離開關(guān)分合閘速度和母線上的泄漏有關(guān)，其中，電容電流的影響最大。開斷前電容電流越大，負(fù)載上儲存的電荷越多，泄漏越慢，因而殘余電荷電壓越高；當(dāng)它與電源側(cè)電壓反極性時(shí)，燃弧前觸頭間的電壓差隨殘余電荷電壓的增高而增大，使得產(chǎn)生的VFTO幅值增高。表1給出了IEC對各種電壓等級GIS切合小電容電流的要求。從表中可看出當(dāng)電壓等級大于300kV時(shí)，電容電流從0.25A增大到0.5A,這會使殘余電荷電壓升高，從而使得GIS系統(tǒng)內(nèi)VFTO的幅值增加,這是300kV以上電壓等級GIS易于產(chǎn)生VFTO而引起故障的原因之一。4.2變壓器入口電容圖2給出了變壓器不同入口電容值時(shí)的VFTO值。由圖可知，VFTO的倍數(shù)隨著入口電容的增加而升高。這是因?yàn)樵诟綦x開關(guān)燃弧前，變壓器的等值電容存儲了一定的電荷，觸頭擊穿后電容放電所致。變壓器入口電容值越大，存儲的電荷越多，因而過電壓倍數(shù)越高，VFTO的幅值就越高。變壓器的入口電容與它的電壓等級、容量和結(jié)構(gòu)有關(guān)。電壓等級越高、變壓器額定功率越大，入口電容就越大。表2為不同電壓等級下變壓器入口電容的范圍，由表可知，變壓器入口電容隨其電壓等級的升高而增大。所以隨著電壓等級的增高，變壓器入口電容增大，使得VFTO的倍數(shù)增大，這也是300kV以上GIS易于產(chǎn)生VFTO而引起故障的另一個(gè)主要原因。4.3絕緣配合水平表3給出了不同電壓等級下的絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)。在300kV以下，系統(tǒng)的雷電沖擊絕緣耐受水平高，大于4.0Pu；對于300kV以上的GIS，沖擊絕緣耐受水平較低，小于3.6Pu。而300kV以上GIS的VFTO幅值倍數(shù)又相對較高，所以在一定條件下VFTO會引起300kV以上GIS設(shè)備事故。另外，GIS的布置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、接線方式及外接設(shè)備對VFTO也有影響，而隔離開關(guān)的分合閘性能對VFTO的高頻振蕩頻率也有影響。5陡波過電壓的危害性變壓器受到VFTO的影響最大。在受到陡波過電壓作用時(shí)，會有2種影響：一是在隔離開關(guān)觸頭擊穿剎那間產(chǎn)生的陡波傳播到變壓器時(shí)，在變壓器端部加上了一個(gè)陡波波頭，對與GIS系統(tǒng)距離比較近的變壓器，其陡波上升時(shí)間可能只有幾十毫微秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于雷電沖擊試驗(yàn)時(shí)的波頭上升時(shí)間(約0.5祍)，從而在變壓器繞組上產(chǎn)生極不均勻的匝間電壓分布。對與GIS相距較遠(yuǎn)的變壓器，傳遞到的陡波波頭趨于平緩，與雷電沖擊波相近。二是高頻震蕩波可能在變壓器內(nèi)部造成極高的諧振過電壓，這一點(diǎn)對與GIS系統(tǒng)相連的變壓器都有同樣的危害。上述2種影響會導(dǎo)致變壓器絕緣的損壞，從而導(dǎo)致變壓器事故的發(fā)生。隔離開關(guān)在帶電操作時(shí)，GIS的盆式絕緣子表面將會產(chǎn)生瞬時(shí)的放電現(xiàn)象，從而會對在其附近工作的人員構(gòu)成人身安全方面的威脅。6防止陡波過電壓產(chǎn)生的措施有專家建議在隔離開關(guān)觸頭間并聯(lián)合閘電阻R，可限制陡波電壓。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)合閘電阻R=100絞保韉愕腣FTO幅值可降低很多，但加入合閘電阻會使機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜，增加了容易產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)，且對已投產(chǎn)設(shè)備來說，改造工作量相對較大，對此需作進(jìn)一步認(rèn)證。為防止此類操作對主變的影響，在保證被隔離的設(shè)備能安全可靠隔離的情況下，北侖電廠提出了帶電冷備用的觀點(diǎn),具體是:開關(guān)斷開,負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)斷開,電源側(cè)隔離開關(guān)仍在合上位置,這樣就可以盡可能減少帶電側(cè)隔離開關(guān)的操作,從而起到保護(hù)主設(shè)備的作用。當(dāng)然，當(dāng)開關(guān)本體有工作時(shí)，電源側(cè)隔離開關(guān)仍然必須斷開，否則無法工作。因此，這種措施僅適合在開關(guān)一次設(shè)備沒有工作，且有可靠閉鎖裝置的情況下才能采用。第 7 頁 共 9 頁除塵儀表工安全生產(chǎn)操作規(guī)程1.1.1進(jìn)入車間前必須穿戴好勞動保護(hù)用品。1.1.2嚴(yán)禁酒后、患病（辦理請假手續(xù)）、帶情緒上崗。1.2、接班前及工作前檢查工作：1.2.1認(rèn)真檢查各種儀表指示燈、設(shè)備等運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理并上報(bào)。1.2.2檢查儀表室內(nèi)的消防器材、桌椅、玻璃、應(yīng)急物資等是否完好。2、作業(yè)中的安全注意事項(xiàng)：2.1做好設(shè)備檢修時(shí)的掛牌和監(jiān)護(hù)工作，并做好與檢修人員相互聯(lián)系配合設(shè)備的停止、啟動程序的工作。2.2送電前必須確保機(jī)房、電源柜旁人員是否全部撤離完畢，聯(lián)系順暢時(shí)方可啟動設(shè)備，如有一方發(fā)出停止指令，必須立即停機(jī)。2.3工作期間務(wù)必要謹(jǐn)慎操作，嚴(yán)禁麻痹大意、違章操作、疲勞上崗，以防造成設(shè)備損壞、嚴(yán)重影響生產(chǎn)。2.4如發(fā)生風(fēng)機(jī)跳閘或高壓斷電時(shí)，必須聽從當(dāng)班班長或段長指令，其它任何人命令無效，任何情況下，送電時(shí)必須將風(fēng)機(jī)風(fēng)門歸零，零負(fù)荷啟動。2.5不得擅自離開儀表室，防止風(fēng)機(jī)跳閘、斷電時(shí)無人監(jiān)控及上報(bào)，如需離開必須保證儀表盤前有人監(jiān)控時(shí)才能離開。2.6運(yùn)行中設(shè)備突然斷電，應(yīng)立即與電工或本班班長聯(lián)系，待原因查清后，得到班長指令方可送電。2.7與爐臺做好溝通工作，如有運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化時(shí)能及時(shí)判斷原因以便及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，在運(yùn)行過程中把握好設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并做好相應(yīng)記錄。2.8做好對儀表上未能檢測的設(shè)備（空壓機(jī)、反吸風(fēng)機(jī)）的定期檢測并記錄數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)有異常情況，及時(shí)通知相關(guān)人員檢查維修。2.9如有爐臺長時(shí)間停電檢修時(shí)，將相對應(yīng)的負(fù)荷降到最低，必要時(shí)停機(jī)運(yùn)行，或聽相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)指令調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。2.10在維修人員檢查或維修刮板機(jī)時(shí)，如需頻繁啟停操作，要時(shí)刻與維修人員相互聯(lián)系配合好。三不準(zhǔn)規(guī)定1、不準(zhǔn)上崗期間玩手機(jī)，做