CN111313394A - 一种用于限制弧光接地过电压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于限制弧光接地过电压的方法，解决了系统频繁跳闸的问题，给电力系统设计选型提供有效的参考，提升了电力系统的安全性和可靠性。该方法是在变压器中性点和地之间设置中性点避雷器；中性点避雷器包括第一非线性电阻元件、第二非线性电阻元件以及放电间隙；第一非线性电阻元件与第二非线性电阻元件串联，放电间隙与第二非线性电阻元件并联。

Description

一种用于限制弧光接地过电压的方法

技术领域

本发明涉及一种电路结构，具体涉及一种用于限制弧光接地过电压的方法。

背景技术

在中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统中，当系统发生单相接地故障时，由于线路长及容性电流增加，许多临时性的单相接地故障不能自动灭弧。另一方面，由于接地电流不是很大，难以产生稳定的电弧，于是形成了电弧不断熄灭、重燃的不稳定状态，使得健全相、故障相及中性点产生间歇性弧光接地过电压。

目前限制弧光接地过电压的主要方法为谐振接地和电阻接地等。谐振接地条件下弧光接地过电压可达3.2p.u.，对系统中的弱绝缘仍然构成较大的危害。电阻接地可以使弧光接地过电压限制为2.5p.u.，但是，由于接地电流较大，系统频繁跳闸，极大地影响了系统的可靠供电。

发明内容

为了解决背景技术中现有方法的不足，降低弧光接地过电压幅值，减小接地电流，避免系统的频繁跳闸，本发明提供了一种用于限制弧光接地过电压的方法。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

本发明提供了一种用于限制弧光接地过电压的方法，在变压器中性点和地之间设置中性点避雷器；所述中性点避雷器包括第一非线性电阻元件、第二非线性电阻元件以及放电间隙；第一非线性电阻元件与第二非线性电阻元件串联，放电间隙与第二非线性电阻元件并联。

进一步地，上述中性点避雷器的技术参数具体为：

A、变压器中性点电压Uo，满足以下条件：

Uo＝1.2Uφ＝(1.15～1.2)×U1acref (1)

式中：

Uo为中性点电压

Uφ为相电压最大值

U1acref为第一非线性电阻元件交流1mA参考电压；

B、根据式(1)则确认第一非线性电阻元件的参考电压满足以下条件：

U1acref＝Uφ；

C、避雷器整机的参考电压Uacref满足以下关系式：

Uacref＝1.25Uo＝1.25×1.2Uφ＝1.5×Uφ；

D、第二非线性电阻元件的参考电压满足以下关系式：

U2acref＝Uacref-U1acref＝0.5×Uφ；

E、并联间隙的放电电压Uf为(0.3～0.5)Uφ或(0.2～0.33)Uacref。

进一步地，上述中性点避雷器的雷电残压等于第一非线性电阻元件的残压，其1.5kA残压满足以下关系：

Ures＝1.4×√2U1acref＝1.98U1acref。

进一步地，上述中性点避雷器2mS方波通流容量为6000A，其短时大电流通流容量为100kA。

进一步地，上述第一非线性电阻元件由至少一个电阻片组成；第二非线性电阻元件由至少一个电阻片组成。

本发明的有益效果是：

根据本发明可以有效限制弧光接地状态下的中性点过电压和相地过电压，通过避雷器建立了用于限制弧光接地过电压的方法，并通过确定电路结构和避雷器的技术参数值，可以避免接地电流大，导致系统频繁跳闸的问题，给电力系统设计选型提供有效的参考，提升了电力系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1为并联间隙结构避雷器的电气原理图。

图2为变压器中性点接入避雷器且A相接地时的接线图。

图3为图2的等效电气原理图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细的说明。

本发明提供了一种用于限制弧光接地过电压的方法，即在变压器中性点与地之间接入带有并联间隙的避雷器，采用的避雷器包括第一非线性电阻元件、第二非线性电阻元件以及放电间隙，第一非线性电阻元件与第二非线性电阻元件串联，放电间隙与第二非线性电阻元件并联，第一非线性电阻元件在弧光接地状态下应由并联间隙予以短接，该中性点避雷器的原理结构如图1所示，合理的确定中性点避雷器各项技术参数，通过限制中性点电压达到限制弧光接地过电压的目的。

理论研究和大量试验证明，弧光接地状态下，最大相电压为1.5倍中性点电压，熄弧后变压器中性点电压最大为1.2Uφ。中性点接入避雷器后，可以限制中性点电压不超过1.2Uφ，相地过电压可以限制为不超过1.8Uφ或2.55p.u.。在中性点接入避雷器，具体接线图参见图2，通过限制中性点电压就可以有效限制弧光接地状态下的相电压。

单相接地状态下，避雷器接入变压器中性点的等效电路如图3所示。

变压器中性点电压Uo等于

当变压器阻抗r远小于避雷器电阻R时，相电压Uφ不大于1.5倍的中性点电压Uo_。

在弧光接地状态下，避雷器电阻应不小于1000Ω，因弧光接地故障电流通常仅为数十安培，故此时避雷器的端电压应约为(1.15～1.25)倍实际接入部分的参考电压。弧光接地状态下，实际接入中性点的仅为第一非线性电阻元件，而第二非线性电阻元件被与其并联的间隙短接，故有：

Uo＝1.2Uφ＝(1.15～1.25)U1acref

为了确保避雷器在弧光接地状态下的可靠性，其避雷器整机参考电压Uacref应不小于1.25倍中性点电压，即

Uacref＝1.25Uo＝1.25×1.2Uφ＝1.5Uφ

由上述可知，用于限制弧光接地过电压的中性点避雷器整机的参考电压Uacref(约等于1.5Uφ)大于实际接入部分的参考电压U1acref(约等于1.0Uφ)。

该电路结构及中性点避雷器的技术参数需满足：

A、变压器中性点电压Uo，满足以下条件：

Uo＝1.2Uφ＝(1.15～1.2)×U1acref (1)

式中：

Uo为中性点电压

Uφ为相电压最大值

U1acref为第一非线性电阻元件直流1mA参考电压；

B、根据式(1)则确认第一非线性电阻元件的参考电压满足以下条件：U1acref＝Uφ；

C、第二非线性电阻元件与第一非线性电阻元件串联后的参考电压，亦即避雷器整机的参考电压Uacref，取值等于1.25倍Uo，则避雷器整机的参考电压Uacref满足以下关系式：

Uacref＝1.25Uo＝1.25×1.2Uφ＝1.5×Uφ(2)；

D、避雷器整机的参考电压等于第二非线性电阻元件与第一非线性电阻元件参考电压之和，即Uacref＝U1acref+U2acref(3)

依据式(2)和式(3)可确定第二非线性电阻元件的参考电压满足以下关系式：

U2acref＝Uacref-U1acref＝0.5Uφ；

E、并联间隙的电压与第二非线性电阻元件的电压相同，其在弧光接地工况下放电，因此，可确定并联间隙的放电电压Uf为：

Uf＝(0.5/1.5)×Uo＝(0.5/1.5)×1.2Uφ＝0.4Uφ＝0.27Uacref

由于并联间隙的放电具有一定分散性，其实际的放电电压可取(0.3～0.5)Uφ或(0.2～0.33)Uacref；

F、由于中性点避雷器在该电路结构中也可以限制变压器中性点雷电过电压，其雷电残压等于第一非线性电阻元件的残压，其1.5kA残压为：Ures＝1.4×√2U1acref＝1.98U1acref。

对于全绝缘型变压器，10kV和35kV变压器中性点基本绝缘水平分别为75kV和200kV，对应的避雷器的残压应分别不大于45kV和134kV。由于并联间隙的作用，依据避雷器的伏安特性曲线，10kV和35kV中性点避雷器的残压应分别不大于20kV和66kV，对中性点的绝缘可以起到非常好的保护作用；

G、弧光接地过电压通常持续时间较长，且呈多次间歇性熄弧-燃弧状态，这使得中性点避雷器频繁动作，故其吸收弧光接地过电压的能量较大。因此，上述中性点避雷器应有较高的能量吸收能力，其2mS方波通流容量可取6000A，其短时大电流通流容量可取100kA。

Claims (5)

1.一种用于限制弧光接地过电压的方法，其特征在于：在变压器中性点和地之间设置中性点避雷器；

所述中性点避雷器包括第一非线性电阻元件、第二非线性电阻元件以及放电间隙；第一非线性电阻元件与第二非线性电阻元件串联，放电间隙与第二非线性电阻元件并联。

2.根据权利要求1所述的用于限制弧光接地过电压的方法，其特征在于：所述中性点避雷器的技术参数具体为：

A、中性点电压Uo，满足以下条件：

Uo＝1.2Uφ＝(1.15～1.2)×U1acref (1)；

式中：

Uo为中性点电压；

Uφ为相电压最大值；

U1acref为第一非线性电阻元件交流1mA参考电压；

B、根据式(1)则确认第一非线性电阻元件的参考电压满足以下条件：U1acref＝Uφ；

C、避雷器整机的参考电压Uacref满足以下关系式：

Uacref＝1.25Uo＝1.25×1.2Uφ＝1.5×Uφ；

D、第二非线性电阻元件的参考电压满足以下关系式：

U2acref＝Uacref-U1acref＝0.5×Uφ；

E、并联间隙的放电电压Uf为(0.3～0.5)Uφ或(0.2～0.33)Uacref。

3.根据权利要求1或2所述的用于限制弧光接地过电压的方法，其特征在于：所述中性点避雷器的雷电残压等于第一非线性电阻元件的残压，其1.5kA残压满足以下关系：

Ures＝1.4×√2U1acref＝1.98U1acref。

4.根据权利要求3所述的用于限制弧光接地过电压的方法，其特征在于：所述中性点避雷器2mS方波通流容量为6000A，其短时大电流通流容量为100kA。

5.根据权利要求1所述的用于限制弧光接地过电压的方法，其特征在于：第一非线性电阻元件由至少一个电阻片组成；第二非线性电阻元件由至少一个电阻片组成。

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