电容器组投切过电压

• 并联电容器组分闸过电压主要是指分闸重燃过电压,包括单相重燃和多 相重燃过电压。重燃过电压是由于切除电容器组时因开关的重燃而引起 的,当开关断开电流熄灭后,电容器组上的残存电荷在短时间内无法释放, 电容器组上将残留直流电压,假如开关弧隙绝缘恢复的速度低于恢复电 压增长的速度,一旦真空开关的电气恢复强度不能承受加于其上的暂态 恢复电压,将发生重击穿,引起电磁振荡,产生重燃过电压。真空断路器 投切电容器组产生过电压,所有成因都归结为电流过零后一段时间内(几 ms至几s),弧隙动态介质恢复强度低于恢复电压而导致电流重现。
• 近年来,随着电网容量的迅速增大和对电能质量要求的不断提高,电容器 的投切操作越来越频繁。低压无功补偿装置的投切采用晶闸管投切技术, 能精确地控制电容器的投切时刻,从而最大限度地减少投切时的冲击电 流和过电压。而高压电容器的投切,由于受到可控硅器件耐压的限制不 能做到无触点精确控制,都是利用断路器来投切,不可避免地带来操作过 电压。另外,真空断路器被大面积应用,由于其开断特性和电弧特性与以 往使用的油断路器不尽相同,使得操作过电压引起的故障现象有了一些 新的特性,不少性能比较差的国产真空断路器分闸时重燃现象严重。
4000
ep 1% nano 4% nano 7% nano ep 1% nano 4% nano 7% nano
3500
3000
2500
|Us|/kV
2000
1500
1000
500
0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
t/s
4000
ep 1% nano 4% nano 7% nano ep 1% nano 4% nano 7% nano
1 + A + a
1
B 0.5
0.5
b 0.5
c
0.5
o
+
0.5
t=0ms,A相电流过零时断开
• 过四分值之一工频周期后,B、C相间电压最大,电流过零,两相同时熄 弧,此时A相电容上保持1不变,B、C两相电容则相应加上原直流分量 0.5,分别为0.37和-1.37,中性点电位为0.5。所以,正常分闸情况下,电 容器极间只耐受1.37的过电压作用,对地仅耐受0.5电压,不会对电容 器绝缘构成威胁。 • iBC=0 • Uan=Um， Ubn=0.37Um , Ucn=-1.37Um ,Unm=0.5Um, • B、C相同时熄弧
• (2)非同期合闸 • 断路器非同期合闸时,可能出现其中一相先合闸使电容器充电,而 其它两相接通时,可能会遇到大小相近,极性相反的工况,发生非同 期合闸过电压。
4000 3500 3000 2500
4000 3500 3000
0k 100 k 500 k 0k 100 k 500 k
|Us|/kV
2000 2500 1500 2000 1000 1500 500 1000 0 0
|Us|/V
500
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
t/s
0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
t/s
• (3)合闸弹跳 • 由于真空开关的触头是平面接触,在合闸时难以完全避免弹跳现象,这样 就将出现电弧断开又接通的重复过程,与电容器充电状态下的重新合闸 的状态相近似,当触头接通瞬间发生弹跳,其电流高频过零时,发生熄弧, 此时在电容器上已充有电荷,当触头再次接通时,有如断路器发生分闸重 燃一样,产生较高的合闸过电压,同时电容器极间也会产生较大的过电压。 一般来说,合闸弹跳过电压比重击穿过电压要低。但因电容器组需进行 经常操作,在这样的过电压多次冲击下,电容器的绝缘劣化速度将加快。
• 合闸过电压 并联电容器组的操作过电压主要是指分闸重燃过 电压,合闸时一般不会产生威胁电容器绝缘的过电 压。按照开关三相合闸的不同情况划分,合闸过电 压主要有:三相同时合闸过电压、非同期合闸过电 压、合闸时触头弹跳过电压等,其中由合闸弹跳引 起的过电压最主要。
• (1)正常合闸 • 电容器合闸时,电容器两端的电压由两部分组成,即工频部分和高频部分, 工频部分就是电容器两端的稳态电压,高频部分为暂态电压,产生极间过 电压主要因为存在高频暂态电压,而暂态电压与合闸瞬间电源电压的初 相角以及电容器上的残压有关。未充电的电容器合闸时,极间过电压的 最大值不会超过其额定电压峰值的2。如果电容器处于充电状态,而充电 电压和系统电压大小相等,极性相反时,合闸时的极间过电压可能达到3。
1
1 0.5
0.5
0.37
0.5
1.37
t=0.01ms,A相开关断口电压最大
1
1 -4.5
0.5
0.37
0.5
1.37
t=0.01ms,A相重燃
• 由于中性点不接地系统允许单相接地运行2小时,因此在电源侧单相 接地故障情况下也可能开断电容器组,可用类似的分析方法求得相 对地过电压最高达到-8.5,中性点电位达到-6.83比无故障情况下的 单相重燃过电压更严重。
并联电容器组操作过电压分析
• 在电力系统中,电压和频率是衡量电能质量的两个最基本、最重要的指标。确 保电力系统的正常运行,供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。 • 电压控制的重要方法之一是对电力系统的无功功率进行控制,即对系统进行无 功补偿。进行无功补偿的方法很多,主要有:同步发电机补偿、同步电动机补 偿、同步调相机补偿、并联电容器组补偿及用静止无功补偿装置进行无功补 偿等。 • 目前国内用得较普遍的是并联补偿电容器,它可根据需要由若干电容器串、并 联组成,容量可大可小,即可以集中使用、又可以分散使用,且可分相补偿,可 随时分组投切,具有运行灵活,有功损耗小,维护方便,投资少等优点,因此,并 联补偿电容器组作为一种无功电源被广泛应用于电网的无功补偿,以提高电压 质量和功率因数,减小电能损耗。
• 除了由单相重燃引起的两相非同时重燃情况外 ,实际运行中也可能 发生A、C两相同时重燃,假设两相重燃在A、C相相间电压最大时发 生 , 此时 A 、 C 相的电容器极间过电压接近最严重情况 , 用类似的方 法分析可得A相电容器极间电压达到 3.1,C相电容极间电压为2.73, 考虑串 联电抗 器的影 响 , 用运 算法可 得电容 器最大 极间电 压 为 3.1(1+k),k为串联电抗率。显然,两种两相重燃情况的电容器极间 过电压均超过了电容器极间操作冲击耐压水平。
• 并联电容器组操作过电压的危害总的来说主要是损坏并联电容器 组的设备,持续的过电压会大大降低电容器装置的寿命,严重的操 作过电压会破坏电容器的对地绝缘或发生极间击穿,使电容器装置 不能正常运作,进而牵连和破坏系统中其他设备,影响电网的正常 运行。
• 并联电容器过电压操作过电压： • 合闸过电压 • 分闸过电压
3500
3000
2500
|Us|/kV
2000
1500
1000
500
0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
t/s
4000
3500
3000
ep 1% nano 4% nano 7% nano ep 1% nano 4% nano 7% nano
2500
|Us|/kV
• 电容器在开断过程中,若开关不发生重燃,电容器组为自然开断,即电 容器组正常分闸。图1所示是并联电容器组的简化电路图,中性点对 地电容远小于补偿电容。假设断路器动作后,在t=0ms时,A相电流先 过零,熄弧,此时A相电源恰为最大值,即相电压峰值Um(以下未作特别 说明的电压倍数均以相电压峰值为单位)。由于A相电容器的电荷无 法释放,故A相电容上有直流电压1.O,B、C相电容上有直流电压0.5 。
• 分闸两相重燃
• 断路器分闸两相重燃分为两相非同时重燃和两相同时重燃两种情况。由于 单相重燃时回路的振荡频率很高,中性点电压在很短的时间内上升,使其他 两相的断路器断口间恢复电压迅速上升,导致另一相随后重燃,这种情况是 两相非同时重燃。由前分析可知,A相重燃后C相恢复电压可达 (1.0+5.87)=6.87,假设C相在断口恢复电压最大时重燃,一方面主要时A、C 相电源通过串联电抗对 C充电,使A、C相电容上的电压增大,另一方面A、C 相电源通过串联电感和C对中性点电容充电,使中性点上的电压出现振荡。 用类似的方法分析可得,A相电容上的电压为-2.87,C相电容上的电压为2.5, 中性点电位和相对地电压最大值基本等同于C相重燃前的状态;
0
A
1
B 0.87 +
0.37 + 1.37 +
0.5
+
C 0.87
t=5ms,B、C相间电压最大时两相断开
• 分闸单相重燃 • 断路器各项触头恢复电压最大： • A:10ms 2.5Um • B:16.7ms 1.87Um • C:13.3ms -1.87Um
• 断路器三相分闸后, t=10ms时,A相断路器断口上的恢复电压将达 2.5,B相和C相的断口电压分别为0.37和-1.37。如此时A相发生重燃, 由于回路中有串联电抗等电感元件存在,A相电源经A相电容器和中 性点电容接通,形成自由振荡。忽略损耗,A相对地电压将达[2×()l-(1+0.5)]=3.5,由于A相电容远小于中性点杂散电容,过电压主要 加在中性点电容上,A相电容上的电容基本未变,所以中性点电位达 到(-3.5-1)=-4.5,其他相的对地电位也将升高,C相对地电位为[(1.37)+(-4.5)]=-5.87,B相对地电位为[0.37+(-4.5)]=4.13。
2000
1500
1000
500
0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
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