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解决方案 Case

电力能源

日期: 2017-06-22
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一、电力能源配电台区的系统结构

配电台区是指配电系统中一台变压器的供电范围,或一台变压器的供电区域。

 

二、雷击对电力能源的影响分析

2.1雷电的产生机理

雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象。

 

电位差可达数兆伏甚至数十兆伏,放电电流几十千安甚至几百千安。经验表明,对地放电的雷云绝大部分带负电荷,所以雷电流的极性也为负的。

 

2.2雷电的主要类型

直击雷:雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电。

 

感应雷:包括静电感应雷和电磁感应雷。

 

2.3雷电的危害

直击雷:雷云放电时,雷电流可达几百千安。通过被雷击物体时,产生大量的热量,使物体燃烧。

 

感应雷:雷电感应是雷电的第二次作用,即雷电流产生的电磁效应和静电效应作用。

 

2.4雷击对配电台区的影响

配电变压器极易受到雷击,其故障的一半以上原因都是由雷击所导致的,特别是在一些雷击发生较频繁区域, 雷击导致的配电变压器故障比例更高。 一旦配电变压器受到雷击,则会对变压器带来较大的损坏,对其维修或是重置过程中会有一定经济损失发生。

 

同时配电变压器受到损坏后,会导致大面积停电事故发生,严重影响人们正常的生产和生活。 近年来,我国配电网不断拓展,供电线路越来越长,配电变压器的数量不断增加,在这种情况下,更需要做好配电变压器的防雷与接地保护,确保配电变压器运行的安全性和可靠性。

 

2.5配电台区典型防雷措施

进行全面的高压瞬态等电位连接

对变压器常态非等电位部位全部实现高压瞬态等电位连接,包括在变压器高压侧和低压侧分别安装高压、低压避雷器各3只,所有避雷器与变压器壳、中性线和其它金属支撑件共同接地。

 

高压架空线路防雷措施

变压器高压架空线路可采用的防雷措施主要有:在野外沿高压线全线架设避雷线,或架空转埋地15m以上接入变压器均可使侵入变压器高压侧的雷电波强度大大降低。

 

低压架空线防雷措施

低压架空线一般架设在10kv高压线下,不易受到直接雷击,但是单独在野外架设的低压线也易受到直接雷击。当前,单独架设的低压架空线都是四线平行架设,均无避雷线。低压架空线防雷措施主要有:将低压线上中性线架设于电杆顶端上作避雷接闪线,多杆重复接地;三条相线在其下横担上平行,架设处在中线的防雷保护空间之内,避免或减少低压相线受到闪击,保护变压器和终端用户设施。

 

设置良好的接地线

变压器接地并不能确保变压器无雷击之虑,但良好的接地可降低变压器(或中性线)上雷电高地电位,减轻高地电反击强度。变压器良好接地可泄放更多雷电流,避免或减轻雷电流对低压终端 用户的危害。要改良变压器接地性能,除尽可能降低接地工频电阻值外,还要尽量用短、直、粗的接地线以降低线感。

 

2.6配电台区雷击事故案例

2011年7月12日,安徽省某市突降暴雨并伴有强烈雷电,该市郊区10千伏156线配电变压器及线路遭雷击损毁,导致周边数百居民断电。

 

三、故障电弧对配电台区的影响分析

 3.1配电台区中故障电弧的产生原因

变压器内部故障导致火灾可归纳为5 个阶段:

 

第 1 阶段:当绝缘材料(油或固体)中的电压超过其绝缘强度将会击穿,并产生高能量电弧。

 

第 2 阶段:电弧和油之间的快速能量转换,会导致电弧附近温度的快速上升,电弧能量将导致:变压器油被加热蒸发;蒸汽裂解成小微粒及可燃气体(氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、碳等);裂解气体生成等离子体。

 

第 3 阶段:电弧周围气泡的压力迅速增加。一方面是由于非常集中的局部相变(高温下饱和蒸汽的压强),另一方面则是变压器油本身也会阻止气泡膨胀从而保持气体和液态压力平衡。

 

第 4 阶段:气体与周围液体间的压力差会产生压力波,从电弧位置至整个油箱以一定的速度传播(接近油中声速)。

 

第 5 阶段:直到压力波作用到箱体上之前,对于任何不同电弧能量、变压器额定功率、电弧位置来说,其物理过程相同。但一旦压力波作用到箱体上后,最终可能导致箱体永久变形、破裂或火灾。

 

3.2故障电弧对配电台区的影响

电网中运行的大型电力变压器一般为油浸式电力变压器,构成的原材料包括变压器油,绝缘纸、木质垫块或压板等。尽管变压器发生火灾的概率较低,但一旦因某种原因起火,往往意味着变压器损坏,甚至引起邻近的变压器或其它电气设备损坏,对变电站造成严重的破坏,影响到电网的安全稳定运行。

 

3.3对配电台区故障电弧事故案例

2015年3月4日,加拿大某最大港口发生火灾,现场浓烟滚滚。据官方发言人说,火灾的事发地点是温哥华港一个集装箱码头,造成火灾的主要原因为电气设备故障产生高温电弧引燃可燃物。

 

四、谐波和不平衡对配电台区的影响分析

4.1配电台区中谐波和不平衡的产生原因

谐波主要是在一些采用开关电源的设备中产生的, 而这些设备基本都是非线性的负载。每个非线性负载都会存在于特定的系统中, 这些系统的阻抗就会对谐波电流的大小造成影响。

 

配电变压器就属于非线性负载,其阻抗对谐波电流的影响是最大的,谐波电流会随着阻抗的变小而逐渐增大。

 

不平衡主要是由于台区负载不对称造成的,三相负载不对称会产生不平衡电流,不平衡现象严重时,会产生不可忽视的影响。

 

4.2谐波和不平衡对配电台区的影响

增加配变的损耗

受谐波和不平衡电流的影响,配电变压器在运行过程中的损耗会增加。

 

配变出力减少

配变设计时,其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的,其绕组性能基本一致,各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。当谐波和不平衡含量过大时,配变出力会减少,过载能力降低。

  

配变产生零序电流

配变在三相负载不平衡工况下运行,将产生零序电流,该电流将随三相负载不平衡的程度而变化,不平衡度越大,则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流,则其铁芯中将产生零序磁通。

 

高压侧没有零序电流迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过,而钢构件的导磁率较低,零序电流通过钢构件时,即要产生磁滞和涡流损耗,从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化,导致设备寿命降低。

电力能源

 

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