變壓器廠家;變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙形式的新思考。 近幾年中性點(diǎn)保護(hù)間隙和避雷器并聯(lián)成套設(shè)備(有些還帶接地隔離開關(guān))的制造正在初步形成規(guī)模,各企業(yè)對設(shè)備制造的理論依據(jù)各有不同,但實(shí)際產(chǎn)品都存在兩個(gè)常見問題。
一、放電間隙與避雷器的分工配合不理想。
二、間隙放電后燒損嚴(yán)重,往往一兩次工作就完全變形無法繼續(xù)使用。
我們依據(jù)多年制造維護(hù)經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合具體試驗(yàn),對出現(xiàn)的上述問題進(jìn)行了如下思考和改進(jìn)。變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生過電壓常見以下幾種情況:
- 系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障。出現(xiàn)這種情況時(shí),依據(jù)從故障點(diǎn)看的系統(tǒng)零序電抗和正序
電抗,可以計(jì)算出在不接地中性點(diǎn)上的過電壓數(shù)值。
- 形成局部不接地系統(tǒng)且變壓器低壓側(cè)有電源。出現(xiàn)局部不接地系統(tǒng)(如系統(tǒng)發(fā)生接
地故障跳閘,故障保留在局部系統(tǒng)中),變壓器中性點(diǎn)電壓將可能升高到相電壓。
- 雷電過電壓。出現(xiàn)感應(yīng)雷或侵入雷,導(dǎo)致瞬間沖擊形式的過電壓。
- 其它斷線過電壓。如導(dǎo)線意外斷落,斷路器意外拒動作等造成的過電壓。這類過電
壓主要為諧振形式。
分析上面的四種主要形式的過電壓,顯然雷電過電壓需要避雷器來工作吸收。由于避雷器(目前都采用MOA)存在無法吸收持續(xù)能量的問題,其它形式的過電壓不能靠避雷器來吸收。
單相接地產(chǎn)生的中性點(diǎn)電壓升高,其值不高,可按這樣估算。 這個(gè)過電壓是變壓器中性點(diǎn)絕緣能力可以承受的,不需要特別的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。而對于前面歸納的第二和第四兩類過電壓,才是需要間隙來保護(hù)的。由于這兩類過電壓都是幅值變化大,持續(xù)時(shí)間比較長的,無法歸納出精確的保護(hù)點(diǎn),所以一般設(shè)計(jì)上都按照間隙工頻放電電壓不大于其保護(hù)的變壓器中性點(diǎn)工頻絕緣水平(工頻1min耐受值)來設(shè)計(jì)間隙的工頻擊穿值。最后,還需要分析間隙沖擊放電范圍,以及避雷器的工頻耐受能力,以實(shí)現(xiàn)比較好的配合。
通過上面分析的變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙和避雷器成套設(shè)備的選型原則,我們可以大致了解廠家設(shè)計(jì)此類設(shè)備的計(jì)算過程。從理論上說,這個(gè)設(shè)計(jì)是可靠的,安全性能比較好。但是為什么實(shí)際使用中卻出現(xiàn)燒間隙問題?我們通過對多年實(shí)踐的總結(jié),認(rèn)為是材料和間隙形式的缺陷導(dǎo)致實(shí)際使用效果遠(yuǎn)不如理論。
前些年沒有出現(xiàn)這類成套設(shè)備,變電站多采用自己采購配件(隔離開關(guān)、避雷器、絕緣支柱),現(xiàn)場用兩根金屬棒按電力規(guī)程要求拉開合適的距離,做成一個(gè)棒-棒間隙,用來進(jìn)行變壓器中性點(diǎn)保護(hù)。這個(gè)辦法雖然簡單,但是還是有一些效果。有時(shí)出現(xiàn)間隙不正常放電或者燒損,一般也解釋成安裝單位不是避雷器廠,對絕緣配合理論理解不深刻,導(dǎo)致間隙和變壓器的配合、和避雷器的配合設(shè)計(jì)有誤,也可以說得過去。
傳統(tǒng)的棒-棒間隙,由于實(shí)際使用中事故率比較高,所以并不得到多數(shù)企業(yè)的認(rèn)可。目前專門做變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙成套設(shè)備的廠家,很多都傾向改變間隙結(jié)構(gòu)為水平球型間隙。因?yàn)榍蛐烷g隙有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn),就是放電分散性比較小,可以比較理想的達(dá)到與理論計(jì)算差不多的實(shí)際放電電壓控制值。但是間隙燒損嚴(yán)重真的是因?yàn)閷?shí)際工作電壓與理論計(jì)算不一致導(dǎo)致的嗎?如果說間隙燒損是由于放電分散性太大,大到了在低于前面列舉的第一類過電壓(單相接地導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓升高)時(shí)就放電,那采用球型間隙是一個(gè)合理的選擇。然而事實(shí)上大多數(shù)時(shí)候間隙的燒損并不是放電電壓偏低誤工作造成,而是放電以后拉弧時(shí)間過長電弧持續(xù)灼燒一點(diǎn)造成,這個(gè)是采用球型間隙也無法解決的問題,滅弧性能球型間隙并不比簡單的棒-棒間隙好到哪里去。所以我們雖然把放電分散性控制下來了,但是并不能真的解決掉燒間隙的問題。只有提高間隙的滅弧能力,才可以解決電弧長時(shí)間灼燒導(dǎo)致間隙使用壽命很低的問題。
基于這個(gè)考慮,我們考察了各種間隙滅弧能力的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為采用角型間隙可以有效解決這個(gè)問題。相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)很多,但為了直觀驗(yàn)證擊穿后滅弧時(shí)間和滅弧后燒損情況,我們又進(jìn)行了如下比較試驗(yàn)。試驗(yàn)為單相電源,間隙擊穿900ms后自動跳閘。在三種短路電流下對比球型間隙和角型間隙各做5次試驗(yàn)。間隙球直徑100mm,間隙角45度,長度100mm。試驗(yàn)結(jié)果如下:
短路電流 |
500A 1500A 3000A |
球間隙 |
1、滅弧情況 自動滅弧3次,2次跳閘 自動滅弧2次,3次跳閘 5次均靠跳閘才能滅弧。
2、燒損情況 均輕微燒損,可繼續(xù)使用 3只燒損比較大,但還可繼續(xù)使用 銅球均嚴(yán)重?zé)龘p,無法繼續(xù)使用 。 |
角間隙 |
1、滅弧情況 全部自動滅弧 全部自動滅弧 全部自動滅弧 。
2、燒損情況 幾乎無損傷 幾乎無損傷 2只輕微燒損,可繼續(xù)使用。3只幾乎無損傷。 |
由于條件限制,此項(xiàng)試驗(yàn)的調(diào)節(jié)廣度和次數(shù)均不大,還不能作為定量科學(xué)分析的依據(jù)。但可以從中定性的看出,角型間隙的滅弧能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球間隙,而且在短路電流偏高的情況下,優(yōu)勢更為明顯。雖然沒有進(jìn)行重合閘的模擬,但是可以推論如果自動滅弧成功,重合閘是成功率很高的。角型間隙產(chǎn)生弧光后可以自動拉長電弧降低短路電流,對滅弧的實(shí)際作用很明顯。
為了節(jié)約成本,在變壓器中性點(diǎn)絕緣水平比較高的時(shí)候,有的廠家建議用戶可以只安裝間隙而不需要并聯(lián)避雷器,因此這個(gè)時(shí)候間隙的沖擊系數(shù)就很重要。但是由于間隙自身放電還存在響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MOA的缺點(diǎn),為了能夠有效的釋放雷擊(而且實(shí)際往往是多重雷)這樣很短的瞬間沖擊,即使間隙沖擊系數(shù)理論計(jì)算上可以滿足絕緣配合要求,我們認(rèn)為也不宜在變壓器中性點(diǎn)只安裝間隙而不并聯(lián)避雷器。
綜上所述,對于變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙成套設(shè)備,采用角型間隙代替球型間隙,可以有效提高間隙滅弧性能,真正意義上降低間隙燒損事故,大大提高間隙的使用壽命。而同時(shí)換用角型間隙并不破壞設(shè)備間的絕緣配合設(shè)計(jì),對產(chǎn)品的保護(hù)性能沒有影響,是一個(gè)合理的選擇。