三峽電站允許地電位升高試驗(yàn)研究

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為了確定提高地網(wǎng)允許電位升高值是否可行，作者在研究了控制電纜的工頻耐壓特性之后在本文中又研究了繼電保護(hù)設(shè)備的工頻耐壓特性對(duì)該值的影響，并進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明，繼電器絕緣的工頻耐壓特性是影響這一數(shù)值的關(guān)鍵因素。

　　關(guān)鍵詞：三峽電站；地電位升高；繼電器；工頻耐壓特性

　　1、引言

　　繼電器在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能安全可靠地動(dòng)作，這對(duì)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定有著極其重要的意義。由于繼電器有接地點(diǎn)，所以故障時(shí)流過地網(wǎng)的故障電流所引起的地電位升高也將加在繼電器的絕緣上，繼電器的絕緣是否能夠承受這種突然的短時(shí)工頻高壓是一個(gè)值得注意的問題。對(duì)于三峽電站而言，流過地網(wǎng)的最大短路電流設(shè)計(jì)值為34kA，地處花崗巖地帶的三峽電站的地網(wǎng)電阻又不可能低于0.06W [1]，這使三峽電站的地電位升高將大于2kV，即需要提高允許地電位升高值。在國(guó)內(nèi)外接地標(biāo)準(zhǔn)中[2，3]，重點(diǎn)考慮的是地電位升高對(duì)人身安全的影響，并做了大量工作 [4～7]，但對(duì)低壓及電子設(shè)備安全的影響考慮得很少。文獻(xiàn)[8][9]中討論了低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合，在一定程度上可供參考。文[10]對(duì)控制電纜的工頻耐壓特性進(jìn)行了研究，得出了一些很有價(jià)值的結(jié)論。

　　本文對(duì)二次設(shè)備的工頻伏秒特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，為確定地網(wǎng)電位升高的最佳允許值提供依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，繼電器絕緣的工頻耐壓特性是限制提高最大允許地電位升高的最關(guān)鍵因素。

　　2、試驗(yàn)準(zhǔn)備

　　2.1 試驗(yàn)裝置和方法 試驗(yàn)應(yīng)模擬繼電器的實(shí)際運(yùn)行工況，即故障時(shí)突然承受地電位升高。本試驗(yàn)方法為以一定幅值的工頻高壓突然合閘加在試品上，選用的試品為常規(guī)繼電器和固態(tài)繼電器。由于繼電器試品有限，每個(gè)繼電器多次加壓，直到絕緣擊穿為止。在常規(guī)繼電器試驗(yàn)中，外形尺寸較大的繼電器（通常是一些專用繼電器）一般都有外殼定位螺栓接地，故試驗(yàn)電壓施加在定位螺栓與線圈的接線柱之間；外形較小的通用繼電器通常沒有定位螺栓，作用電壓施加在線圈與常閉接點(diǎn)之間；固態(tài)繼電器有四個(gè)接點(diǎn)，即兩個(gè)交流輸出（開關(guān)）接點(diǎn)，兩個(gè)直流輸入（控制）接點(diǎn)，繼電器工作時(shí)直流控制接點(diǎn)的正極接地，所以讓試驗(yàn)電壓作用于直流控制接點(diǎn)的正極與交流輸出（開關(guān)）接點(diǎn)之間，直流控制接點(diǎn)的正極接點(diǎn)為高壓端，交流輸出（開關(guān)）接點(diǎn)接地。

　　試驗(yàn)記錄擊穿時(shí)間和所加試驗(yàn)電壓，即繼電器的工頻伏秒特性。試驗(yàn)裝置原理接線圖同文[1].

　　2.2 試品的選擇 選用的繼電器試品有：

　　a）較大的專用繼電器：3只舊繼電器和1只新繼電器；

　　b）較小的通用繼電器：JQX-13F型小方型繼電器（C型）；MY2-24VDC型OMRON繼電器（Y型）；MK2P-I型OMRON繼電器（K型）；

　　3、試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　3.1 專用繼電器

　　專用繼電器外殼定位螺栓一般是固定在保護(hù)屏上接地的，所以做繼電器的耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓作用在外殼定位螺栓和線圈接線柱之間，這類繼電器的擊穿放電一般是在繼電器外殼定位螺栓和線圈接線柱之間的沿面放電。

　　3.2 通用繼電器

　　通用繼電器內(nèi)均有兩對(duì)常開和常閉接點(diǎn)，所以試驗(yàn)時(shí)先對(duì)左邊的接點(diǎn)加壓，再對(duì)右邊的接點(diǎn)加壓，以便獲得更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于繼電器在使用時(shí)電源總有一端是接地的，而繼電器的常開接點(diǎn)金屬部分較小，不易對(duì)其它部位放電，故將電壓加于線圈與常閉接點(diǎn)之間。

　　3.3 固態(tài)繼電器

　　普通封裝的固態(tài)繼電器擊穿時(shí)幾乎都是合閘即擊穿，并可見到明顯的火花放電，聽見明顯的放電聲，環(huán)氧封裝的固態(tài)繼電器擊穿時(shí)則未能觀察到繼電器內(nèi)部的放電現(xiàn)象。 兩種普通封裝的固態(tài)繼電器，耐壓值主要取決于采用的光電隔離器件，擊穿電壓在4.5kV以上。環(huán)氧封裝的兩種固態(tài)繼電器耐壓值較高，在9kV以上，這可能與它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、封裝固體材料等因素有關(guān)。

　　4、結(jié)論

　?。?）繼電器的工頻伏秒特性是很平坦的，在0～30s的范圍內(nèi)可以認(rèn)為是一條水平直線。

　　（2）對(duì)專用繼電器、通用繼電器和環(huán)氧封裝的固態(tài)繼電器的絕緣性能而言，地電位升高到5.0kV是可以承受的。

　　（3）基于安全考慮，若地電位升高到5.0kV，不宜采用普通封裝的固態(tài)繼電器。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 戴傳友，文習(xí)山，方瑜。 三峽電站接地電阻的初步計(jì)算[J].高電壓技術(shù)，1997，23（2）：59.

　　[2] DL/T 621-1997.交流電氣裝置的接地。

　　[3] IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding，2000.

　　[4] Nahman J M.Assessment of the risk of fatal electric shocks inside a substation and in nearby exposed areas[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1990，5（4）：1794.

　　[5] Sakis Meliopoulos A P，F(xiàn)eng Xia，Joy　E　B et al.An advanced computer Model for grounding system analysis[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8（1）：13.

　　[6] Jiri George Sverak.Progress in step and touch voltage equations of ANSI/IEEE std 80——Historical Perspective[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1998，13（3）。

　　[7] Sakis Meliopoulos A P，Dunlap J.Investigation of grounding related problems in AC/DC converter stations[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1988，3（2）。

　　[8] GB/T 16935.1-1997 低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合（第一部分：原理、要求和試驗(yàn)）。

　　[9] 李世林，郭汀。電氣裝置和電氣設(shè)備的電擊防護(hù)技術(shù)[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999年3月。

　　[10] 文習(xí)山，等。三峽電站允許地電位升高試驗(yàn)研究（Ⅰ）[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（2）。