曰 琢妇中 低 压 电 器真 空 断 路 器 断 开 小电 感电 流 产 生 截 流 过 电 压 的抑 制 分析张 利 刚( 山 西 省 万 家寨 引 黄 工 程 管 理 局,山 西 太原0 3 0 012 )〔 摘 要 ]关键 词阐 述 了 真 空 断 路 器 断 开 小 电 感 电 流 时产 生 截 流 过 电 压 的原理,介 绍 并 分析 了 目 前采 用的5 种 抑 制 截 流过 电 压 的 措 施。真 空断 路 器 空 载 变压 器 截 流 过 电 压 抑 制O引 言真 空 断 路 器 是 一 种 触头在真 空 中 断 开 的 新 型 断 路器,具 有 机 械 寿 命 长、尺 寸 小、重量 轻、无 火 灾 危险 等优 点。实 际 运用中,往 往...
曰 琢妇中 低 压 电 器真 空 断 路 器 断 开 小电 感电 流 产 生 截 流 过 电 压 的抑 制 分析张 利 刚( 山 西 省 万 家寨 引 黄 工 程 管 理 局,山 西 太原0 3 0 012 )〔 摘 要 ]关键 词阐 述 了 真 空 断 路 器 断 开 小 电 感 电 流 时产 生 截 流 过 电 压 的原理,介 绍 并 分析 了 目 前采 用的5 种 抑 制 截 流过 电 压 的 措 施。真 空断 路 器 空 载 变压 器 截 流 过 电 压 抑 制O引 言真 空 断 路 器 是 一 种 触头在真 空 中 断 开 的 新 型 断 路器,具 有 机 械 寿 命 长、尺 寸 小、重量 轻、无 火 灾 危险 等优 点。实 际 运用中,往 往 在断 开小 电 感 电流 时 会 产 生较高 的 截 流过 电压,大大超 过 被 断 开设 备的绝缘水平,因此 需 要 对 被 断 开 设 备采 取过 电 压 保 护 措 施。这 里 分析 了几 种 过电压 保 护 措 施 的 保 护 原理。断 开 小 电感 电流 产 生 截 流 过电 压 的 原 理于 截 流,使 回 路中电流变 化 率 d 口 d t 很大,电 感 上 的压降 认 二 L d 汀 山 很 大,形成过 电压。从能量 角 度 阐述,截流 瞬 间,绕组 中 储有磁 场 能 量 L 心 2 z/,在 电 容 中 储有 电场能量 C I少 b 2 / 2,这些 储 存 的能量 在L 一 C回 路 中 振 荡,振 荡 频 率 = f1 [/ 2 二 顽 万 】,由于c值 一 般很小,所 以当全 部储 能 都 转 化 为 电 场 能的 瞬 间,在 电 容C 上 将 出 现很 高 的过电 压,即 截 流 过 电压。考 虑 到磁 场 能量 中 总有 一 部 分 消 耗在 变压 器的 铁损 和 铜 损中,转 变 为 电场能量 的只 是 磁 场 能量 的一 部 分,最 大 的过 电压 为 认 二嘛 & z J,乙 为 变压器 的 锹 阻抗作,。m为 磁 能 转1.1截 流过 电 压 产 生 的 原 理真 空 断 路器 在 开 断 电流 时产 生 真 空电弧,真 空电弧主要 由 电极 在分 断瞬 间 受 热 引起金 属 蒸发而 形成。电弧 使 电极 表 面 出现 一 些 斑 点,这 些 斑 点 上 的 金属会不 断 熔 化和 蒸 发 来维 持 真 空电弧。断 开 大电 流时,金属蒸 汽充 分 蒸发,电弧 比 较 稳 定,在 工 频 电流 自然 过零时断 弧。断 开 小电 感 电流 时 (如 断 开空载 变 压 器 的 激磁电流一 般 只 有 额 定电流的 0.6 %一 2 %),由 于 弧柱 扩散速 度太 快,阴 极斑点附 近 的 金 属蒸汽压 力 和 温 度 剧降,使金属质 点 的蒸 发 不 能维持 弧柱 的扩 散,造成 电流 到达 零点 之 前 的 某 一 瞬 时 值 j I 时发 生强 制熄 弧 即 截 流。截 流过 电压 是指 真 空开关 断 开 小 电 感 电 流 时,由 于 真空开关的强 分 断 能力,出 现 电流 在 未 到 达 自 然零 点 前被 强 行 开 断的 现 象。这主 要是 由 于 电弧 电流 较 小 时,阴极斑 点提供 的 金属 蒸汽不 够 充 分 和稳定 引 起的。试验 证 明,开 断 几百 至 几 千 安的 交 流 电 流时,一 般 不会发生 截 流现象。对 于 断 开空载变压 器 的 情 况,等 值 电路 如 图1 所示,式 为 系 统 电 势,LS为系 统等 效 电 感,c s 为 系 统 对地 等 效 电 容,C为变 压器对地 等效 电容,L为 变压器励磁 电 感。假定 截 流在i 二 几 时 发 生,即 = i 坛 二 墉 i an。由收 稿 日 期: 2 0 0 7 一 0 8 一 18作 者 简 介: 张 利 刚( 1 9 75一),男,工 程 师,现 从 事 泵 站 技 术 管 理工 作。换系 数。厂 又 了图 1 开 断空 载 变 压 器时 的等值 电路1.2断 开 空载 变时电弧 重 燃 产 生 过电 压分 析断 开 空 载 变 压器时,刚好 是截 流的初 始阶 段,开关动 静 触头 分 开距 离很短,触头间 介 电 强 度 很 小,并 按 一定的 速 度 逐 渐增 长,而 恢复 电压 却 因 高 频 振 荡 升 高 得 很快,恢 复场 强 等 于 介 电强 度时,发生 第 一次重 燃。C 上的电 荷 通过C 一 Q F 一 s C回 路进行 高 频放 电,其 储能迅速 消耗掉,C 上 电压迅 速降低到 电源 电压0 U。当再 次 断 弧时,在 高 频放 电 时间内,因 部 分 能 量 已 被消 耗 掉,故 此时的 电感电 流及 其 总 磁场 能 比 原 来小 一些,第 二次 恢 复电压 的幅 值 也 比 第 一 次 小 一 些。接 下 来 电弧的多 次 重燃使 得 电 感 中 的 储 能越来越小,限 制 了最大 可 能的过 电压。当 空载变压器从一 侧 分闸 而 引 起 过电压 时,由 于 主磁通 穿 过整 个 铁 心,其它各 个绕 组也会按变 比 关系 感 应出同 样倍数 的过 电压。由于 高 压 绕 组绝 缘 裕 度 较 中低压侧 小,故 从 中 低压 侧 分闸产 生 的截 流过 电压 对高 压 绕组{ 2 J 王 芳,王 旭,李 丹,等.基于 s P 尸 I C E 的热 释 电红 外 线 探 测 器设计.仪 器 仪表 学 报,2 0 0 7,2s [ ] 戴 佳.5 1单 片 机 C 语 言 应 用 程序 设 计 实例 精 讲.电 子 工 业出 版 社,2 0 0 6间 罗 运 虎,江 月 刚 一 种矿 用 型 多 功 能 语 音 报 誉 卡 的 研 制.江苏 电 器,2 0 0 6,66 0 1 w w w.e h j n a e t.n e t】 电 工 技 术 中 低 压 电 器的 威 胁更应引起注 意。2 断 开 小 电感电 流 产 生 截 流 过 电 压 计 算例 如 真 空 开 关 断 开,台 空 载 状 态 的1 1 0Vk、3 1 500 k VA 油浸 变 压器,1 0 %= . 0 6,每 相 对地 电 容C =300Op F,刀 ,取 0.3。计 算 如下:( 1 0 I A时,取 式,=几 ;1 0 1A 时,取 几 = I ) A:它 可 以 降 低 截 流过电压 幅 值 的陡度,并 对 高 频 振 荡 进行阻 尼,降 低重燃 的 可 能性。图 2 为 接人 R C 吸收 装 置 原理 图。= L蕊 丽天据 念思顽 丽二2 0 38 9 H尔瓮万=嘿 瓮 : 等二. 0 99 2 A。n、 =、、、作=俪 0 9 92V 糯瓢=14 1 6 4 7.74 V表1 列举 了 3种 变压器空载 时被 真 空 断 路器 切 断 产生 截 流过 电压 数值 比 较。表,3 种 变 压 器 的截 流 过 电 压 计 算 值变 压 器 类 型 型号0 y 0r I相对 地 电容/ p F n ,过 电压值 瓜 V 过 电 压 倍数图 2R C吸 收装 t 原 理 图未接人 R C 吸收 装 置 时,Q F 断 开后,C、L 组 成振荡 电路,振 荡 频 率 很 高,幅 值 也很 高。接人 R C 吸收装置后 1 C C,C 可 忽略 不 计,振 荡 电路变成 Rl、Cl 、L回 路,微分方程 为 :二。d uZ.( t )n 0du。(t )L C; 竺 二 李呀二 立 +R.C. 士竺丛。, + u 。( t ) 二 0一`d t,一` 一 由-一廿 杜 仃 十 积 本,.R.0.1_ n、 仅IR,、, _1、其 特 征方 程为 黔 贵 +s亩二 认当 ( 会 ) 亩 时,即“1 2吓时,电路振 “;当 “, 2吓时,“ 非振 荡衰 减 波 ; ““l 二 = c 2 R俘,为临 界 状态,c R R临界 电阻。从以上分析 可 知,只 有 R, 、C,比 较 大 时,非振 荡 条件才能得 到满 足。初期 使 用 R C 吸收 装 置由于参 数 的选择 没 有 明 确 的方 法和 标 准,出现过 由 于 参 数 选 择 不 当,真 空 断 路器开 断 电 感 性 负荷时 过电压 引起 电阻 烧毁和 开关误跳闸事 故。另 外,由于早期制 作 工 艺问题,R C 吸收 装 置 体 积大,成本也 高,安 装 维护 工 作 量 也大。改进后,R C 吸收 装 置 成 为 目前应用最多 的限压 装 置,且 效果 很 好。目前常用的是双路 R C 吸收装置,如 图 3 所示。尺,取1 00Q,el取 0.1 卜 F,eZ取 0.0 1 一 0.1 林 F。刀 9 5 8么 生 4油浸 式油浸式干 式S FZ 1 - 0 3 】5 0 0, 】1 00 石5 9一 5 (城 川 01 2SC B g一 5 《 祀了】0 1.83〔兀旧 0 3 1 4 1 6 55〕 X I 0.4 2 2 名 l50 ( 洲 〕 0.4 2 7.7从 表1 得 出 :一 般 油浸变压器过电 压不 高,通 常 过电压不会 产 生 很大 危 害。同样 容 量的干式变压器会产 生较 高 的过电压。变压器容 量 越 小,其 特 性阻 抗Z 越 大,截 流过电压 倍数 越 高。川 一3 5种 限 制 截 流 过 电 压 措 施 的 分 析根据公式 mU=、 / 疏. Z J, ,可 知 降 低 截 流过电压应降低 截 流 值 几 或降低 特 性阻 抗 云 ( 即降低电 感 乙 或 增 大电 容c )。设备 的 电感 不 可 能改变,所 以降低 过 电压 应限 制截流 值 大,或增大电容值C。因 此,限 制过 电压 可 采 用 以 下措施:(1 )加装并联 氧 化锌避雷器 M O ; A(2 ) 采 用 R C 吸收装置 ; (3 ) 采 用 大 容 量 稳压装 置 等 保 护装置 ; (4 ) 使 用 低 截流 值 的线 ) 在 真 空开关 与变 压 器 之 间采 用一定长度的电缆 线加 装并 联 氧 化 锌 避 雷 器M O AM O A 结构 简单,但是其 保 护 作 用 仅 仅 是 限 制过 电压的幅 值,而不 能 限 制过电压的波头陡度,在 达 到 M O A动作 门槛 电压 前 不 能减轻过 电 压 对 变压器纵 绝 缘 的作用。在 中比 点 不 接 地 系 统中,M O A 必须承 受单相接地 弧光接地过 电压 的 长期作 用,时间 可 以是Zh,因 此 使 用M O A 时 必须 提 高 其直流 1 m A参考电压,从 而 导 致M O A残压 升 高,只 能勉 强 与变压 器 的出 厂 直 流耐压 值 配 合,保 护 效 果 较 差。. 3 2采 用R C 吸 收装 置R C吸 收 装置 原 理 的核 心 就是 用 来 改 变电路的 工 作状 态,将振荡 电 路 改 为非振荡 电 路,从 而 抑制过 电 压。图 3 双 路R C 吸 收装 t示 意 图.3 3采 用 大 容 量 稳 压 装 置 等 保 护装 置图 4 为大 容 量稳压装置 原 理 图。L 为某 一 相归 算 到次 级 绕 组 的激磁电感,整流管 B 和电 解 电 容 器C 反向连接 组 成 一 个双级整 流 电路。正 常 运行时,直流电压等 于低 压绕 组 端 电压 的幅 值凡。当 Q F 断 开 时若L 两端产 生的截 流 过 电 压 高 于 虱,将对电容C,充电,由 于C,值 很大 ( 口 》 ) C,端电压将基本保持 不 变,从 而 达 到降低截电 口 二 技 术 ! 2 0 0 7 { 1 2 期 } 6 , 层油自中 低 压 电 器流过电压的 作 用。电 容 计 算 公式 为:C =石 希可一长 袅计式 中:k为 变压器 绕 组允 许 的 截 流 过电 压系 数。QFE(`) (z入 夕图4大 容 量 稳 压 装 置 原 理 图例 如 某 钢 厂 使 用Z N 3一1 0 型 线 V电弧炉 变 压器 进行 的空载 分闸试验。试 验 数 据 如 下:在变压 器 高、低 压 侧 无 保 护 的 情 况 下,实 测 高 压 对 地 过 电压最 大为 3 倍,相 间 过 电压 最 大 为 4 倍 ; 在 变压器 高 压 侧有M O A 保 护的情 况 下,实 测 高 压 对 地过电压最 大为 2.8倍,相 间 过 电压最大 为. 3 6 倍 ;在 变压器低压 侧 加 装大容 量 稳 压 装 置后,实测 高 压对地过 电压 最 大 为 1.4倍,相间过电 压最 大为1 3 4 倍。.3 4使 用低 截 流 值的 真 空 断 路 器(l ) 采 用 新 型 低截 流 值触 头材料。大 量 试验 与 实 践证 明,截 流 值 主 要取决 于 触 头 的 金属材 料。一 般 来 说,触 头材料的 饱和蒸汽压 力越 高,导热 系 数 越 小,截 流 值 就 越低 ; 反之则 越 高。而 技 术 上 对真 空开关 触头 的 要 求 是多方 面 的,既要 求 触 头 的 截 流 值低,又 要 求 开关 有很 强 的分 断 能力 ( 分 断 大 电流的 能力 ),还要 求在 动、静触 头 分 开 时 具 有较 高 的绝 缘 强 度,单 一的 金 属 材 料很 难满 足要 求。因此,常 用多元 合 金或 在 多孔的 高 熔 点 金属 ( 如 钨、铬 等 ) 触 头 上浸 渍 低熔点合 金 ( 铜或铜合 金 )。这 种触头 的阴极斑 点 可 喷发相对较多的金属蒸汽,在满 足其 他性 能的 要 求 下 尽 量降低 截 流 值。( 2 ) 开关 的分 闸 速 度 由 固 定 值 变为 可 调。开关的分 闸 速度增 大,截 流 值 也增 大,根 据 3.,中分析,所 以在 开关 控 制设计中 考 虑 开 断 大 电 流时采 用 高速分闸,开 断 小 电流 时 调 为 低速 分闸,这 样 可 减小截 流过 电压 值。( 3 ) 调整触 头到 最 佳 开距。试 验 证 明 触 头 开距 增大会 使 蒸 气 粒 子 的扩 散 空 间 增大,有 利 于 降 低 粒 子 密 度 和 电 弧 温 度,但 会造 成单 位 空间 蒸 气 压 力 降低 而 导致 截 流 值 增 大。为 此,在 开 关 制作时 要 在保 证 大电 流 开 断 能力和耐 压 水平 的基础 上,将 触头 开距 减小 至 最 佳 开距,以 降 低截 流 值。( 4 ) 改 进极 间磁场。研 究表 明,极间磁场较弱 时,适当 增加 磁 场 会 使截流 值 降低 ; 而 当极间磁场 较 强 时,增 加 磁场反 而会 使截流 值 升 高。采 用 纵向 磁场 电 极,并改进 极 间磁 场 分 布,使 开关 截 流 值 降低。.3 5在 真空 开 关 与 变 压 器之间 采 用 一 定长度 的 电 缆 线由于 电 缆 本 身 存 在的分 布 电 容,可 使 电 容 C 增大,特性 阻 抗Z 降低,故 可 以降 低 截 流 过电 压。4结 束 语变 压器 厂 家 提 供 了 耐 受 过 电 压 值,但是 真 空开关开断 空载变压器 时 过 电压 的 大小与 真 空开关 触 头 材料、触头 结 构 形式、被 保 护设 备 的 参 数 等有 关,不同厂 家 的 产品用 在 不同 的 环 境 中的结 果 都 有 较大 不 同,实 际上 很难用公 式 精 确 计 算,一 般 要 在 具 体 环 境 下 通 过 试 验 确 定,故采 取 限 制 截 流 过电压措施是 必要 的。由 于 产 生 过电 压的 过程 复杂,单 一的 措 施 不 能完 全 保 证设 备 安 全,在实际应用 中,一 般 是 几 种 限 制 截 流过 电压 的 措 施综 合 运用。参考 文 献【1 」 陈 维 贤.内 部 过 电 压 基 础 !M ].北 京 : 电 力 工 业 出 版 社,, 9 8 1l 2 [ 陈 维 贤.电 网 内部 过 电 压 和 可 按 感性 补 偿 一 陈维 贤 论 文 集C I ]. 武 汉: 湖 北 科 学技术 出 版 社,2000l 3 ] 谢 书 勇. 真空 断 路 器 操 作 过 电 压 的 保 护 装 笠 一 阻 容保 护 器[ M ].高 压 电 器,1 9 9 7 ( 6 ): 1 5 一 1 8新 疆 油 田 准 东 助 研 所破解数据 自 动 成 图 难 题只 需在计 算 机上 进行 简单 的 操作,一 幅 自 动 生 成的 美观 而 精 确 的生 产数 据 图 就 会 展现 在 面 前。这是 记 者1 1月1 2日 在 新 疆 油 田 公 司 准 东采油厂 勘 探 开 发 研 究 所 技 术 人 员 办公室见 到的 情 景。今年 8 月,准东勘探 开 发研究 所 结合 生 产 实 际,对 i dsc ov y r200 6 油 藏 精 细 描 述软件 系 统 进行 改进 创 新,实 现 了生 产 数 据拾 取、成 图 自 动 化,使长期以来 困 扰生 产 测井 剖 面 自 动 成 图 的难 题 得到 破 解。原 来需 要 1 0 个 人花费, 个月才 能完 成的 数 据 分析 工 作 任 务,现 在 只 需 要1 个 人 用 1 个 多 小 时 就 能 完 成。随 着 计 算 机 技术 的不 断 发 展,油 田 生 产 数 据 拾 取、成 图 自 动化程 度 的 要 求 越 来越 高。但 由 于生 产 测 井 剖 面 数 据结 构 和 常 规完井 测 井 曲线 数 据结构的 不一 致,给 生 产数 据 自动 拾 取、自 动 成图 带 来 了 很大 困 难。今 年 5 月 以 来,新 疆 油 田 公司 举 办 了三期世 界领先 的 i ds c o v y r2 0 0 6 油 藏精 细 描 述 软 件培 训班,使 勘 探 开 发研究所 技 术 人员得 到 了 启发。能否利用 i ds一 cvo y r ZO O6 油 藏精 细 描 述 软 件 解决 数 据 自 动拾 取、自 动 成图的 难题 ? 勘探 开 发研究所 技术 人员进行了深人 的研究,并 经 过多次 试 验,终于找到了 解决 问题的 途径。目 前,准东 采 油厂 各 注 水 开发 区 块投产以来 的生 产 测井剖 面,均 已 采 用 此项技术实现 自动 成 图 和分析,大幅 度提 升 了工 作 效 率,减 少 了 员 工 的劳 动 强 度。6 2 ! W Ww.e h i n a et.n e t{ 电 工 技术
