變電站的瞬態地電位升高及防護
公用變電站無論室內或室外,高壓避雷器是保護主變壓器及 母線設備的主要防雷設施之一,高壓避雷器的下接線柱通過窗電計數器與變電站的接地網相連,母線的電壓互感器的二次側的中 性點也與變電站的接地網相連,一般電壓互感器的二次側的電壓 為100V,它作為計量和保護之用,電壓互感器的二次側是不加裝避雷器的,當變電站高壓側進雷時,首先通過高壓避雷器導通,雷電流導入變電站的接地網,一般避雷器可通過幾千安雷電流,而變電站的接地網接地電阻為4~0.5Ω(R2000/Ig,R為接地網接地電阻;Ig為單相接地電流),電壓等級越高接地電阻就越小。瞬態的脈沖電流人地后,大地的電位可達幾千伏,接地網的地位也即時升髙,這一電位通過電壓互感器的二次側的中性線傳導至控制室的計量和保護裝置,現今的變電站的計量和保護設備大部分 是電子式元器件組成,它經受不了高電壓的沖擊,若經常發生雷擊時,會擊壞計暈和保護裝置,給運行帶來危害。
筆者所在地區某企業為一110/6kV室內變電站,曾多次發生雷雨期間控制室內電子式電度表被擊壞。 一次雷雨時,用戶反映電子式電度表又被擊壞,筆者即趕赴現場。據值班人員介紹, 打雷同時,只聽到表計盤內“叭”的一聲,電度表就失去顯示。現場環境不存在電磁感應的問題,筆者要求查找11OkV進線避雷器動作計數器次數,值班人員匯報11OkV相避雷器動作計數器動作一次。這說明110kv進線避雷器通過雷電流后,在其接地網上產生一高電位,這一髙電位通過接于同一接地網上的llOkV電壓互感器二次接地零線傳導至不在同一接地網上的電度表內,引發電子式電度表絕緣擊穿。
根據電度表制造單位反映,電度表在公用變電站因地電位升髙造成表內元器件擊壞、防雷的壓敏電阻擊穿、接線端子燒焦為數不少,即便是機械式電度表也難以幸免,說明其泄放的能量和過電壓幅值、波形陡度都較大。
這一現象不會出現在控制和保護盤的接地與避雷器的接地在同一接地網中。
高壓電壓互感器的一、二次側的中性點是接地的,當電網的 地電位升高后,一、二次側繞組電位同時升高。因此,其髙低壓間無電位變化,所以,電壓互感器的二次側可不安裝避雷器。它不同于配電變壓器,配電變壓器高壓繞組是中性點絕緣的,如果其二次側不安裝避雷器,當高壓避雷器進人雷電流時,低壓中性點上生成的高電位會向高壓繞組進行逆變換。逆變換的電壓相當于升髙的地電位與變壓器的變比之積,這一電樂使高壓繞組承受不了這一沖擊電壓,而破壞其絕緣,這就是配電變壓器為什么高低壓都必須裝避雷器的原因。
為了防止地電位升高危及二次設備安全運行,可采取如下措施:
(1)對笏引人高電位的卨壓電壓互感器的二次側加裝額定電壓100V的氧化鋅避雷器,對于現行電度表更換容量較大的壓敏電阻。
(2)變電站的接地網與控制室的接地網相連,使電壓互感器的二次側的高電位與控制、保護屏等電位。
(3)電壓互感器二次繞組中性點經過電壓保護器接地。
目前許多公用變電站的保護柜、計量柜一般都布置在控制室或繼電器室,距離電壓互感器端子箱較遠。當避雷器雷擊導通或 高壓母線發生單相接地故障時(指大電流接地系統),大電流經 接地點流人電網,使接地點和整個接地網的電位升高,電壓端子箱處的電位與計量、保護柜之間的地電位可達數千伏,這已是不爭的事實。為此,可采取在電壓互感器端子箱將二次繞組經過電 壓保護器(氧化鋅避雷器)接地,電壓互感器二次繞組的中性點應在保護和計量柜實現一點接地,當接地網地電位升高時,電壓互感器二次繞組的中性點的高電位被過電壓保護器所隔離,而保護和計量柜內的電壓互感器二次繞組的中性點地電位較低,足以保護二次設備的安全可靠運行。
長期以來,電壓互感器二次繞組的中性點過電壓保護器采用JBO系列擊穿保險器。但擊穿熔斷器在使用中性能不穩定。而氧化鋅避雷器具有優異的非線性伏安特性,殘壓隨沖擊電流波頭時間的變化特性平穩,陡波晌應特性好。
圖1-6為繞組的中性點過電壓保護器采用MOA的接線圖。該 MOA在電壓互感器高壓側的雷電波侵人后,通過電容耦合到二次繞組時可靠動作,并呈現低電阻值 (標稱電流下小于1.6A),接近直接接地,從而降低靜電耦合過電壓幅值,保護了二次回路。在接地網電位升高后,在a、b亮點間電位差作用下MOA不動作,高電位導不到已接地的保護和計量柜。
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