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虚拟接地对空载变压器分闸过电压的抑制

  电网中用断路器开断空载变压器(以下简称切空变)是一种常规操作方式。在这种操作过程中,有可能产生很高的过电压。运行经验证明,所用断路器的灭孤能力越强,则切空变的过电压事故就越多。可见,这种过电压和断路顺在切断变压器的励磁电流时灭孤能力太强有关。
  我们知道断路器应当能切断变压器短路电流,虽然励磁电流不过为短路电流的几百分之一到几万分之一,但若在切断励磁电流iL时,并非在电流过零时熄弧,而是因断路器灭弧能力太强(如真空断路器)被迫很快下降到零,则将造成

 
于是在变压器励磁电感L上将感应出过电压
 
即过电压有可能达到很高的数值。
  当然,在实际电路中di/dt是不会达到无穷大的。这是因为变压器绕组除励磁电感LB外,还有电容CB。参看图1-1,断路器截断电流后,电感中的电流可以以电容为回路继续流通,对电容进行充电,将电感中的磁能转化为电容中的电能。参看1-2,如果截流发生在某一瞬时值I0时,电容上的电压为U0,此时变压器的总储能W为
(1-1)
                  
图1-1开断空载变压器的原理图                   图1-2 截流时刻
按能量不灭定律,当磁能全部转化为静电电能时,电容CB上的电压即达其最大值UBm,即
(1-2)
也就是说,由截流而引起的变压器上的过电压可达
(1-3)
截流值愈大则过电压愈高,当截流发生在励磁电流的幅值Im时,将有
 (1-4)
图1-3给出了电流在幅值截断后电感中的电流iL和电容上的电压(也即电感上的电压)uc的波形。如不计衰减,iL和uc可写成
(1-5)
(1-6)
式中
 
图1-3 截流后的电流和电压波形
由以上分析可知:截流过电压的大小和变压器励磁电流的大小以及变压器绕组电容的大小有关。
 
图1-4 变压器虚拟接地保护装置安装原理图
如图1-4,变压器安装有变压器虚拟接地保护装置时,当断路器开断空载变压器后,其以B相的等效电路如图1-5,R’为虚拟接地电阻R等效到一次侧的值,图(a)为变压器中性点直接接地的电路等效图,图(b)为变压器中性点不接地的电路等效图。从图中可以看出,当开断空载变压器时虚拟接地电阻为空载变压器绕组储存的能量提供了一个泄方的渠道,防止了开断空载变压器产生的过电压,防止了由于过电压使断路器触头再次燃弧损坏触头,延长断路器的寿命。
        
(a)变压器中性点直接接地       (b)变压器中性点不接地
    图1-5 开断后等效电路原理图

 注:作者--湖南科立电气技术室陶李

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