LTC391AE01 HIEE401782R0001 了解高压电力系统中的瞬态恢复电压

　断路器是高压电力系统的重要组成部分，用于防止故障电流造成的损坏。当这些断路器在高压系统故障期间中断电流时，如果管理不善，其触点上出现的临时电压浪涌会导致可靠性问题。这种电涌称为瞬态恢复电压(TRV)，在断路器及其周围电网之间形成自然响应，影响断路器在故障期间的成功中断能力。

　　TRV对断路器性能和可靠性的影响

　　当高压断路器中的TRV上升过快，并且超过耐受电压时，断路器的绝缘介质通常会受到影响，从而导致断路器因断路器中断失败而产生的过电压瞬变而介质击穿。设计这些高压断路器时，TRV水平是确保故障电流情况下性能的一个关键考虑因素。设计过程中需要考虑的另一个重要方面是恢复电压(RRRV)的上升速率，它代表了评估TRV增加的速度，以确保断路器处理故障电流中断时不会经历过大的瞬态应力。

　　就可靠性而言，不受控制的TRV会在超高压输电网络中引发开关浪涌，有可能损坏网络中的绝缘体和变压器。更高频率的TRV暴露会缩短电力系统中设备的寿命，因此需要适当的TRV管理来防止过度过电压造成的损害。

　　瞬态恢复电压基础知识

　　在高压断路器切换中，TRV的发生是由于在断路器清除故障电流之前，电能从电力系统中的存储元件如电容器和电感器中重新分配。通过考虑自然振荡频率(ω)和阻尼系数(α)来评估TRV，阻尼系数决定了振荡衰减的速度。这种评估对于为您的电力系统选择能够处理特定TRV阈值的正确断路器至关重要。

　　VTRV(t)=Vpeak(1−e−atcoscos(ωt))����(�)=�����(1−�−��������(��))

　　RRRV会影响断路器的性能，因为较高的RRRV会导致断路器间隙的介电强度增加较慢。通过考虑故障中断后断路器触点上的最高电压(峰值TRV电压)和达到峰值TRV所需的时间来评估RRRV。然而，大多数断路器设计都带有标准化的RRRV值额定值，以应对不同的电压水平。

　　RRRV=Vpeaktpeak����=����������更高的电压水平等因素会影响系统中的峰值TRV电压，其特征在于更高的峰值。影响峰值TRV的另一个因素是发生的故障类型，如线路到电网、线路到线路或变压器供电故障。一旦断路器清除故障，TRV的自然振荡频率就会受到系统等效电容(C)和电感(L)的影响。因此，该TRV频率可以被评估如下:

　　fTRV=12π√1LC����=12�1��TRV振荡分为临界阻尼振荡和欠阻尼振荡，临界阻尼振荡的特征在于平滑的功率转换，欠阻尼振荡具有高RRRV、高振荡和对断路器的高应力。

　　变压器供电故障及其对TRV的影响

　　变压器馈电故障发生在变压器绕组短路时，而不是直接由输电线路或发电机故障引起。变压器的电气特性，包括漏电感(L斯里兰卡(SriLanka的缩写))或杂散电容(Cs)，明显不同于线路馈电故障。变压器馈电故障中的漏电感是初级和次级绕组磁耦合不良的结果。这导致磁能存储，其在故障发生期间影响TRV。较慢的TRV上升时间和增加的振荡行为是由较高的漏电感引起的。当该电感与变压器绕组内的杂散电容配对时，形成谐振LC电路，影响TRV阻尼和频率。变压器中的电容水平充当低通滤波器，自然衰减高压瞬变。当涉及到振荡时，这些变压器表现出高TRV波形振荡频率。

　　评估变压器供电故障对TRV的影响时，绕组配置是一个需要考虑的关键因素。这些配置，无论是星形(Y)还是三角形(δ)，都会直接影响故障发生时的阻尼、幅度和TRV振荡频率。这些效应是绕组配置如何处理阻抗、故障电流和接地的结果。

　　在三角形连接的变压器中，瞬态电压在闭环电路的三个电源相位之间重新分配。这允许故障电流在三角形回路内循环，确保断路器终端的电压尖峰减少。在瞬态事件期间，这种类型的变压器配置提供了平衡的相电压，这要归功于三角形连接的零序电流的自然路径。这意味着TRV波形相对于地保持对称，确保断路器上的电压应力较小。与星形绕线变压器相比，三角形绕线变压器的漏电感更低，从而导致TRV波形的振荡频率上升。三角形环路中的内部环流允许在控制TRV峰值的杂散电容导致瞬时故障的情况下快速衰减能量。

　　在星绕变压器中，绕组中性点的接地会显著影响TRV特性，因为这种类型的配置具有较高的TRV峰值。当星绕变压器接地时，零序电流受到限制，所有故障电流被迫流经中性阻抗和线路导线。由于这种接地，引入了额外的阻抗，由于缓慢的能量耗散，该阻抗通过降低频率和增加幅度来影响TRV振荡。尽管星形接地的变压器绕组具有较高的TRV峰值，但与不接地的星形配置不同，其对故障电流的控制得到了改善，不接地的星形配置缺乏故障电流流动的直接路径。在不接地星形配置中缺少直接路径会导致浮动中性条件，从而导致电力系统中可能的过电压或不稳定的TRV瞬变。

　　当实际考虑高压电力系统中使用的配置类型时，处理TRV的能力至关重要。三角形配置的变压器在高压输电系统中很常见，因为它们能够自然地限制TRV峰值，并为断路器提供较小的应力。相比之下，星形接地变压器在高压系统的稳定性和故障检测非常重要的领域工作良好。然而，这种类型的变压器需要额外的TRV缓解措施，如阻尼电路和电涌放电器，以防止对电力系统的损害。