CN104111412B - 防止变频电源柜内元件受试品闪络冲击的保护连接结构 - Google Patents
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Abstract
一种防止变频电源柜内元件受试品闪络冲击的保护连接结构，其特征是：将变频电源柜内回路中的高压谐振回路公共端G1(包括励磁变压器高压尾和负载电容接地端)、谐振回路次公共端和保护公共端G2(包括变频电源柜外壳、励磁变压器外壳、车体接地端和分压器接地端)、控制回路公共端G3三者分别独立接地，变频电源柜内的变频电源的相间分别连接阻容吸收装置，三相电源对地接入MOA避雷器，用于吸收、抑制过电压，励磁变压器的高压绕组加装避雷器，防止试品击穿产生的瞬间过电压耦合到低压侧。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备绝缘检测技术领域，具体说是一种防止变频电源柜内元件受试品闪络冲击的保护连接结构。
背景技术
国内高压电气设备由于绝缘裕度小，制造厂原材料本身和外购件的质量优劣参差不齐，制造、装配、安装环节的工艺控制分散性大，为保证高压电气设备投运后的安全运行，当高压电气设备安装完毕后，需进行现场交流耐压试验，以确保投入运行的设备安全可靠。
对于GIS(“气体绝缘金属封闭开关设备”，指六氟化硫封闭式组合电器)等电容量较大的被试品进行交流耐压试验，需要大容量的试验设备，这时可以采用串联谐振试验装置，回路由被试品负载电容和与之串联的电抗器和电源组成。这种方法具有体积小、质量轻、所需电源容量小等诸多优点。并且，一旦试品击穿时，由于电路失去谐振条件，电源输出电流自动减少，试品两端的电压骤然下降，不会产生过电压、放电能量小，因此被试品受到的影响和损害很小。此方法已成为现场最普遍采用的行之有效的方法。
然而，当串联谐振装置对某试品进行交流耐压试验且试品发生闪络击穿时，由于变频电源柜内未采取有效保护措施，经常会发生变频电源柜内部元器件损坏，甚至可能危及人身安全。
通常，变频电源柜有隔离变压器以及MOA(氧化锌避雷器)进行保护，但是，由于时间短，频率高，隔离变耦合及MOA避雷器可能来不及响应或瞬时能量过大而导致MOA避雷器等元器件损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是彻底解决变频电源柜元件经常在试品闪络击穿时受损的问题，提供防止变频电源柜内部元件受试品闪络冲击的保护措施，提供一种防止变频电源柜内元件受试品闪络冲击的保护连接结构。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
所述防止变频电源柜内元件受试品闪络冲击的保护连接结构，其特征是：将变频电源柜内回路中的高压谐振回路公共端G1、谐振回路次公共端G2和保护公共端G2、控制回路公共端G3三者分别独立接地，其中所述高压谐振回路公共端G1包括励磁变压器的高压尾和负载电容接地端，所述谐振回路次公共端G2包括变频电源柜的外壳、励磁变压器的外壳、车体接地端和分压器接地端。
所述变频电源柜内的变频电源的相间分别连接阻容吸收装置，三相电源对地接入MOA避雷器，用于吸收、抑制过电压；
所述励磁变压器的高压绕组加装MOA避雷器，防止试品击穿产生的瞬间过电压耦合到低压侧。
对于变频电源柜元件在试品闪络击穿时受损的问题，经过针对性的研究发现，通常试品总是在交流电压的正峰值或负峰值处被击穿，击穿瞬时电压跌落到零的时间t通常在0.1-10us之间，此时的电压频率f＝10M-100kHz，即使放电时，所带试品(含分压器)电容量C只有0.002uF(实际上试品容量远大于该值)，击穿瞬时流过放电点和回路的电流I＝U*2π*f*C＝750kV*2*3.142*f*C，式中，U、f、C分别表示击穿电压、含分压器的试品电容量、闪络电压频率，当f＝10MHz时，I≈100kA，当f＝100kHz时，I≈1kA。可见，由于du/dt很大，击穿瞬时流过放电点和回路的电流为千安级。
接地铜线面积约为16mm2,在铜线拉直且周围无导磁材料的情况下，其寄生电感在uH级，通常约为0.1-1uH/m，电阻约0.1mΩ，如果周围环境恶劣且裸铜线有打折现象，电感将增加至10uH-100uH/m。
若放电时电压频率f为100kHz，地线寄身电感L为1uH，放电电流I为1000A，计算地线寄身感抗XL＝2πfL＝2×3.14×100×103×10-6＝0.628Ω，每米地线上可能产生的过电压Ud＝I×XL＝1000×0.628＝628V，以30米地线计算，Ud＝30×628＝12560V，地线的寄身电感稍有增加，该值还会增大。
由此可见，当试品闪络击穿时，瞬间短路大电流流过导致接地线及接地点电位被抬高，由于接地方式为一点接地，在闪络发生时，共用同一接地点的所有接地部位电位都被抬高，致使辅助设施或变频电源柜内部电路的电位瞬间发生改变，进而导致内部元器件损坏。同时，电源与地电位间的电位差瞬间也会发生改变，虽然变频电源柜已有隔离变压器以及MOA避雷器进行保护，但是，由于时间短，频率高，隔离变耦合及MOA避雷器可能来不及响应或瞬时能量过大而导致MOA避雷器等元器件损坏。
本发明在对闪络发生和所造成的损害经过了具体细致的深入研究，在高压试验过程中，如果不对相关部件全部予以针对防闪络击穿的保护措施，试品击穿时保护接地、谐振回路次接地点的电压随着高压谐振回路接地点的电压抬高而被瞬时抬高是造成损坏无法逾越的一个原因。由于接地方式为一点接地，共用同一接地点的所有接地部位电位都被抬高，致使辅助设施或变频电源柜内部电路的电位瞬间发生改变，进而导致内部元器件损坏。
通过工作接地与保护接地分开，防止试品击穿时保护接地、谐振回路次接地点的电压随着高压谐振回路接地点的电压抬高而被瞬时抬高，从根本上解决了闪络造成损坏的主要因素。通过电源相间、相对地分别加装阻容吸收装置(R-C串联电路)，在线路内部有效吸收、抑制过电压，消除大部分尖峰电压造成的损害作用；通过在励磁变压器高压绕组加装避雷器，防止试品击穿产生的瞬间过电压耦合到低压侧。这些保护措施能够非常有效地防止变频电源柜内部元件受试品闪络冲击。
使用本方案作为针对高压变频柜内受试品闪络冲击的保护，可靠性高，采用措施简单、快速、有效，为高压变频柜内部元件受试品闪络冲击的保护措施提供了新的可靠且简便易行的措施。
附图说明
图1是采用串联谐振装置进行现场交流耐压试验的电路原理图，
图2是本发明的电路原理示意图。
图中：1—变频电源柜，2—控制电路，3—高压测量电路，4—变频主回路，5—励磁变压器，6—谐振回路，7—分压器，8—负载电容，9—MOA避雷器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：如图1所示，采用串联谐振装置进行现场交流耐压试验的电路结构为：三相电源输入变频电源柜1，变频电源柜1输出连接励磁变压器5输入端，励磁变压器5输出端连接L-C谐振回路，L为串联电抗器，C为负载电容8与分压器7电容并联；如图2中实施例所示，电源由市电供电，三相电源线之间分别连接阻容吸收装置，三相电源对G2地接入MOA避雷器，电源线接入变频电源柜1的变频器主回路4，变频器主回路4的输出通过励磁变压器5连接到谐振回路6，谐振回路6通过分压器7接入公共端G2，并通过负载电容8接到公共端G1。励磁变压器的高压尾和负载电容接地端连接到高压谐振回路公共端G1，变频电源柜1的外壳、励磁变压器5的外壳、车体接地端和分压器7接地端连接到谐振回路次公共端G2，变频电源柜1内的控制电路2的控制回路公共端连接G3。车载试验设备的车体成为设备的一部分，此时车体接地端连接到G2。
鉴于试品击穿放电时时常损坏辅助设施或变频电源柜，进行了三方面的优化设计。
(1)将高压谐振公共端与谐振回路次公共端、保护接地端分离
图2中，G1为高压谐振回路公共端，即励磁变压器5的高压尾与负载电容8接地，此接地应采用较大截面接地线，G1与变频电源柜1之间由励磁变压器5绕组隔离；G2为保护公共端与谐振回路次公共端，即变频电源柜外壳、励磁变外壳、车体接地端与分压器接地端(包括变柜电源柜内测量电路3接地端)；G3为控制回路公共端，G3与G2采用光电隔离。
由于本系统在高压对地击穿放电时，一般都会发生在负载电容8一侧，随瞬时短路大电流通过接地线流入大地，大地附近及接地线上电位瞬间被相应抬升，即G1的接地线及接地点电位瞬间被抬升，如G1与G2不区分，联接G2的电路的电位一起抬升，这样会使G2内部电路电位瞬间发生改变，进而损坏联接G2的电路中的器件。因此，需将工作接地与保护接地分开，G1与G2采用不同点接入大地。
(2)电源相间、相对地之间分别加装阻容吸收装置与避雷器
为防止系统内部瞬间过电压冲击(主要为断路器、接触器开断产生的操作过电压)对重要电气设备的损伤，通行的做法是在靠近断路器或接触器位置安装MOA避雷器9或阻容吸收装置进行冲击保护。比较两类产品性能上的优点，氧化锌产品的优点主要在能量吸收能力强，可以用于防雷电等大电流冲击；阻容吸收装置的优点主要在于起始工作电压低，可有效吸收小电流冲击对设备的影响。
当试品闪络击穿时，变频电源柜相间及相对地的电位瞬间发生改变，即出现过电压，在相对地间安装的避雷器虽可以有效吸收相对地过电压，但起不到相间过电压的保护作用。而在电源相间加装阻容吸收装置，即R-C串联电路，电容用于对高频信号进行吸收，电阻用于阻尼，可有效抑制操作过电压的瞬间振荡和高频电流，使过电压的波形变缓，陡度和幅值降低，再加上电阻的阻尼作用，使高频振荡迅速衰减。
(3)励磁变压器高压绕组加装MOA避雷器
由于本系统在高压对地击穿放电时，一般都会发生在负载电容侧，通过在励磁变压器高压绕组加装MOA避雷器9，防止高压侧试品击穿产生的瞬间过电压耦合到低压侧而损坏辅助设施或变频电源柜内部元器件。
Claims (1)
1.一种防止变频电源柜内元件受试品闪络冲击的保护连接结构，其特征是：将变频电源柜内回路中的高压谐振回路公共端G1、谐振回路次公共端G2和保护公共端G2、控制回路公共端G3三者分别独立接地，其中所述高压谐振回路公共端G1包括励磁变压器(5)的高压尾和负载电容(8)接地端，所述谐振回路次公共端G2包括变频电源柜(1)的外壳、励磁变压器(5)的外壳、车体接地端和分压器(7)接地端；
所述变频电源柜内的变频电源的相间分别连接阻容吸收装置，三相电源对地接入MOA避雷器，用于吸收、抑制过电压；
所述励磁变压器的高压绕组加装MOA避雷器，防止试品击穿产生的瞬间过电压耦合到低压侧。
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