Wat zijn de Algemene Soorten en Kenmerken van Overspanning in het Distributienetwerk

Distributienetwerken, gekenmerkt door hun brede verspreiding, grote hoeveelheid apparatuur en lage isolatieniveau, zijn gevoelig voor isolatie-ongevallen veroorzaakt door overspanning. Dit vermindert niet alleen de stabiliteit van het hele distributiesysteem en de isolatieprestaties van de lijnen, maar heeft ook een aanzienlijk negatief effect op de veilige werking van het elektriciteitsnet en de gezonde en duurzame ontwikkeling van de elektriciteitsindustrie.

Vanuit circuitperspectief kan, afgezien van de stroombron, het elektriciteitsnetwerk equivalent worden weergegeven door verschillende combinaties van drie typische componenten: weerstand (R), spoel (L) en condensator (C). Daarvan zijn spoel (L) en condensator (C) energieopslagcomponenten, die de basisvorming van overspanning mogelijk maken; weerstand (R) is een energieverbruikend component, dat in het algemeen de ontwikkeling van overspanning kan onderdrukken. In individuele gevallen kan echter onjuiste toevoeging van weerstand ook leiden tot de optreden van overspanning.

Gewone Types en Kenmerken van Overspanning in Distributienetwerken

De meest voorkomende soorten overspanning in distributienetwerken omvatten voornamelijk onderbroken boogafgrondingsoverspanning, lineaire resonantieoverspanning en ferroresonantieoverspanning (inclusief afkoppelingresonantieoverspanning en PT-verzadigingsoverspanning).

Onderbroken Boogafgrondingsoverspanning

Onderbroken boogafgrondingsoverspanning is een type schakeloverspanning. De amplitude hiervan is gerelateerd aan factoren zoals de kenmerken van elektrische apparatuur, systeemstructuur, bedrijfsparameters, operatie of storingvormen, en heeft een duidelijke willekeurigheid. Het komt het meest voor in elektriciteitsnetwerken waarbij de neutrale aarding niet effectief is.

De energie van schakeloverspanning komt uit het elektriciteitsnetwerk zelf, en de amplitude is grofweg evenredig met de nominale spanning van het systeem. Het wordt meestal uitgedrukt als een veelvoud van de maximale werkingsspanningsamplitude van het systeem. Wanneer operaties of storingen veranderingen in de werkingstoestand van het elektriciteitsnetwerk veroorzaken, zal de magnetische veldenergie opgeslagen in de inductieve componenten op een bepaald moment worden omgezet in de elektrische veldenergie van de capacitaire componenten, waardoor een oscillerende tijdelijke toestand ontstaat, wat resulteert in een tijdelijke overspanning die enkele malen hoger is dan de netspanning, wat schakeloverspanning wordt genoemd.

Onderbroken bogen veroorzaken herhaalde veranderingen in de werkingstoestand van het elektriciteitsnetwerk, wat resulteert in elektromagnetische oscillaties in de inductieve en capacitaire circuits, en vervolgens tijdelijke processen in de niet-defectfasen, defectfasen en neutrale punten, wat leidt tot overspanning. Dit wordt onderbroken boogafgrondingsoverspanning (ook bekend als boogafgrondingsoverspanning). De vormingsmechaniek ervan is nauw verbonden met het uitdoven en heraansteken van de boog: elke keer dat de aardingsstroom natuurlijk nul passeert, zal de aardingsboog een korte uitdovingsperiode hebben; wanneer de herstelspanning van het boogkanaal groter is dan de diëlektrische herstelsterkte, zal de boog heraangestoken worden. Specifiek:

• Wanneer de aardingsstroom groot is, is het boogkanaal sterk geïoniseerd, en de boog brandt stabiel;

• Wanneer de stroom klein is, herstelt de isolatiesterkte van het boogkanaal snel, de boog is moeilijk te heraansteken, en het tijdelijke uitdoven kan permanent uitdoven worden;

• Wanneer de stroom matig is, ontstaat er een onderbroken boogafgrondingsfenomeen dat aan en uit gaat.

Ernstige boogafgrondingsoverspanning wordt veroorzaakt door de continue accumulatie van energie in het elektriciteitsnetwerk. Vanuit het perspectief van beperking van overspanning, als de overtollige lading die zich in het elektriciteitsnetwerk ophoopt tijdens het proces van boogaansteken tot uitdoven binnen een halve netfrequentiecyclus na het uitdoven van de boog kan wegstromen via de weerstand, zal de verschuivingsspanning van het neutrale punt bijna nul zijn, en zal er geen hoge-amplitudde overspanning ontstaan.

Lineaire Resonantieoverspanning

In het elektriciteitsnetwerk wordt de overspanning die wordt gegenereerd door serie-resonantie tussen inductieve componenten zonder ijzerkern (zoals lijninductie, transformatorlek-inductie, etc.) of inductieve componenten met een ijzerkern waarvan de opwekkingskenmerken bijna lineair zijn (zoals boogverdrijvingsspoelen, etc.) en capacitaire componenten in het elektriciteitsnetwerk (zoals lijn-naar-aardecapaciteit, etc.) onder invloed van asymmetrische spanning lineaire resonantieoverspanning genoemd. De meest voorkomende vorm hiervan is de verschuiving van de neutrale spanningspunten.

Volgens de industrie-norm DL/T620-1997 "Overvoltage Protection and Insulation Coordination of AC Electrical Devices", in het boogverdrijvingsspoel-geaarde systeem, mogen onder normale werkomstandigheden de langdurige spanningsverschuivingen van het neutrale punt niet meer dan 15% van de nominale fasenspanning van het systeem overstijgen.

Ferroresonantieoverspanning

In het oscillatiecircuit van het elektriciteitsnetwerk wordt de persistente hoge-amplitudde overspanning die wordt opgewekt door de verzadiging van de ijzerkerninductie ferroresonantieoverspanning genoemd. Er zijn twee typische ferroresonantieoverspanningen in distributienetwerken onder 35kV, namelijk overspanning veroorzaakt door afkoppelingresonantie en overspanning veroorzaakt door PT-verzadiging, collectief aangeduid als niet-lineaire resonantieoverspanning. Het heeft volledig andere kenmerken en eigenschappen dan lineaire resonantieoverspanning en onderbroken boogafgrondingsoverspanning. Onder verschillende parametercombinaties kunnen grondfrequentie, fractie-frequentie en hoogfrequente resonantieoverspanningen optreden.

• Afkoppelingresonantieoverspanning: Wanneer het systeem in niet-volle fase werking is door draadbreuk, niet-volle fase actie van schakelaars, ernstige asynchrone werking, smelten van één of twee fasen van hoge-spanningsveiligheidscontacten, etc., wordt de ferroresonantieoverspanning die wordt gegenereerd afkoppelingresonantieoverspanning genoemd. Bij een afkoppeling wordt de driefase symmetrische potentiaal doorgaans gebruikt om driefase asymmetrische belastingen te voorzien, en het circuit is complex en bevat niet-lineaire componenten. Daarom is het nodig om de theorema van Thevenin en de symmetrische componentenmethode te gebruiken om het driefasecircuit om te zetten in een eenvoudig LC-seriecircuit, en vervolgens de resonantievoorwaarden te analyseren en berekeningen uit te voeren. Er zijn drie vormen van eenfaase-draadafkoppelingsfouten: afkoppeling zonder aarding, afkoppeling met aardingszijde van de kracht, en afkoppeling met aardingszijde van de belasting.

• PT-verzadigingsoverspanning: In het neutrale punt niet-effectief geaarde systeem worden Y0-verbonden elektromagnetische spanningstransformatoren (PT) meestal geïnstalleerd op de busbars van elektriciteitscentrales en transformatorstations om de isolatiecondities te monitoren. Tijdens normale werking is de opwekkingsimpedantie van de elektromagnetische spanningstransformator zeer hoog, dus de aardingsimpedantie van het netwerk is capaciteitsmatig, en de drie fasen zijn in het algemeen gebalanceerd. Echter, na sommige schakeloperaties of het verdwijnen van aardingsstoringen, zal dit een speciaal driefase of eenfaase resonantiecircuit vormen met de draadcapaciteit of de parasitaire capaciteit van andere apparatuur, en kan ferroresonantieoverspanningen van verschillende harmonischen opwekken, wat PT-verzadigingsoverspanning wordt genoemd. Waarvan de fractie-frequente resonantieoverspanning het meest schadelijk is. Het zal een aanzienlijke toename van de opwekkingsstroom voor lange tijd veroorzaken, de veiligheidscontacten van de transformatoren laten smelten, en zelfs de transformatoren ernstig laten oververhitten, olie laten uitstoten, of zelfs laten exploderen. Bovendien heeft de verzadigingsoverspanning van de spanningstransformator duidelijke nulsequentie-eigenschappen.

Bliksemoverspanning

Bliksemontlading is in wezen een niet-sparkontladingfenomeen in een extreem oneffen elektrisch veld met een ultra-lange luchtgap. Het basaal proces omvat leiderontlading, hoofdontlading en nagloedontlading. Elke bliksemstroom gevormd door negatieve polariteit bliksem heeft een unipolaire pulswaveform. De belangrijkste parameters die de pulswaveform beschrijven zijn piekwaarde, golffronttijd en halve piektijd.

Bliksemoverspanning wordt verdeeld in directe bliksemoverspanning en geïnduceerde bliksemoverspanning. Waarvan geïnduceerde bliksemoverspanning bestaat uit elektrostatische inductie (voornamelijk) en elektromagnetische inductiecomponenten, met de volgende kenmerken:

• De polariteit is tegengesteld aan die van de donderwolk, d.w.z. tegengesteld aan de polariteit van de bliksemstroom;

• Het verschijnt gelijktijdig in drie fasen met in principe gelijke waarden, en er zal geen fasetotfase potentiaalverschil en fasetotfase flitsovergang zijn;

• Als de amplitude groot is, kan het aardflitsovergang veroorzaken;

• De waveform is vlakker en langer dan die van directe bliksemoverspanning;

• Als er een aangesloten bliksembeschermlijn boven de draad is, zal de geïnduceerde overspanning op de draad verminderen door de elektromagnetische schermingseffect. Hoe kleiner de afstand tussen de lijnen, hoe groter de koppelcoëfficiënt, en hoe lager de geïnduceerde overspanning op de draad.

Meestal worden bliksembeschermlijnen niet langs de hele lijn opgesteld voor distributienetwerken van 35kV en lager, en worden slechts 1-2km bliksembeschermlijnen ingesteld bij de ingangen en uitgangen van transformatorstations als ingangslijnsectiebescherming.