220kV變電站運(yùn)行操作過程中的過電壓分析與防范

薄艷平 劉 生

（巴彥淖爾電業(yè)局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾014400）

0 引言

220kV變電站按照電壓高低有220kV、110kV、35kV、10kV等4個(gè)等級。在現(xiàn)代城市電網(wǎng)建設(shè)中，220kV變電站已被廣泛應(yīng)用，以保障城市的供電。在220kV變電站運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓突然升高或者電位差升高，引起電壓不穩(wěn)。過電壓包括諧振過電壓和操作過電壓，這是在220kV變電站中經(jīng)常出現(xiàn)的過電壓現(xiàn)象，對工作人員及設(shè)備造成很大的威脅。因此，要對過電壓的安全防范措施進(jìn)行研究，以保證變電站的安全可靠運(yùn)行。

1 空載變壓器操作過電壓

1.1 原理分析

配電裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在充分保障配電裝置安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過對變壓器進(jìn)行合理化配置，對變壓器運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，以及對變壓器的伏在裝飾進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)最大限度地降低變壓器的電能損耗。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)就是最大程度上降低變壓器的綜合功率損耗，即降低變壓器運(yùn)行中的有功功率損耗和無功功率損耗。保障變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本要求有：合理選擇變壓器組合的臺數(shù)和容量；對變壓器綜合功率損耗的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化組合；對變壓器的負(fù)載進(jìn)行合理調(diào)整；使變壓器在綜合功率損耗最低的區(qū)間運(yùn)行。

變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器的一次繞組接入電源而二次繞組開路的工作狀態(tài)?？蛰d電流是指在變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)下一次繞組接通電源后所產(chǎn)生的電流，這種電流通常又稱為勵(lì)磁電流。如果空載變壓器被切除，在電流很小的情況下，斷路器就會因?yàn)橛坞x作用而發(fā)生截流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又稱為熄弧現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生熄弧現(xiàn)象時(shí)，變壓器有可能會出現(xiàn)過電壓狀況。

1.2 防范措施

變壓器運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生截流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也是不可避免的，在斷路器影響下通常會產(chǎn)生過電壓。在理論上，可以通過減小空載電流、減小變壓器的繞組電流和增加變壓器的電容來減少過電壓的發(fā)生。

1.2.1 改善鐵心

空載電流主要是由鐵損電流和磁化電流組成的，所以在實(shí)踐中，通過改善設(shè)備的鐵心可以使空載電流發(fā)生變化。磁化電流會對磁通產(chǎn)生影響，而鐵損電流是因?yàn)殍F心的損耗造成的，故而變壓器的鐵心是對空載電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)所在。在實(shí)踐中為了減少空載電流的發(fā)生，可以采取選用優(yōu)質(zhì)鐵心或?qū)﹁F心結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善的方法，如用冷軋晶粒來替代硅鋼片等。另外，對變壓器進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的日常檢修也是十分必要的。

1.2.2 使用糾結(jié)式繞組

220kV變壓器一般采用芯片變壓器，通過采用糾結(jié)式繞組的方式提升變壓器的容量。這主要是因?yàn)樵诩m結(jié)式繞組上通過在變壓器的線匝之間插入繞組的另一線匝，就會增加線組的電容，線匝之間的電位差也會隨之增加，當(dāng)產(chǎn)生過電壓時(shí)，在各個(gè)線匝之間就會對電壓進(jìn)行平均分配。

1.2.3 使用關(guān)聯(lián)電阻開關(guān)

在變壓器發(fā)生截流時(shí)，會將磁場轉(zhuǎn)化為電能，此時(shí)電容容量就會增加，這時(shí)如果采用關(guān)聯(lián)電阻開關(guān)，就會使磁場的能量得以釋放。在截流發(fā)生以后將開關(guān)關(guān)掉，電勢將會在電感作用下形成電流，將磁場的能量進(jìn)行不斷地弱化。

2 母線系統(tǒng)諧振過電壓的分析與防范

2.1 原理分析

鐵磁諧振是由于變壓器和互感器等上面存在著鐵磁電感而產(chǎn)生。當(dāng)進(jìn)行分合閘或暫態(tài)操作方式時(shí)，會導(dǎo)致鐵心發(fā)生變化，而鐵心達(dá)到飽和時(shí)就會引起諧振。鐵磁電感的強(qiáng)弱程度主要取決于鐵心出現(xiàn)飽和的程度，這屬于非線性，而鐵心出現(xiàn)的飽和程度在一定程度上又取決于電壓值的變化，三相繞組位置的電壓幅度值越高，鐵心就越容易達(dá)到飽和程度。處于母線系統(tǒng)中的鐵磁諧振主要包括并聯(lián)和串聯(lián)的鐵磁諧振，并聯(lián)的鐵磁諧振發(fā)生在小電流性質(zhì)的接地系統(tǒng)中，而串聯(lián)的鐵磁諧振則發(fā)生在大電流的接地系統(tǒng)中。在220kV變電站中，主要包括并聯(lián)和串聯(lián)鐵磁諧振性質(zhì)的接地系統(tǒng)方式，如果電感的變化范圍出現(xiàn)擴(kuò)大現(xiàn)象，就會導(dǎo)致并聯(lián)和串聯(lián)的鐵磁諧振產(chǎn)生過電壓，此時(shí)過電壓上的互感器就會發(fā)生聲音上的異常，同時(shí)出現(xiàn)電壓升高的現(xiàn)象，如果異常現(xiàn)象較為嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的絕緣處擊穿，從而導(dǎo)致母線的電壓互感器燒毀。

2.2 防范措施

母線系統(tǒng)出現(xiàn)鐵磁諧振的原因主要有：電壓互感器的質(zhì)量問題，導(dǎo)致伏安特性不夠穩(wěn)定從而引發(fā)鐵心飽和度過強(qiáng)；開關(guān)的檢修質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)等。對于母線系統(tǒng)的鐵磁諧振，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面采取相應(yīng)的防范措施，以提高安全度。

（1）采取倒閘操作方式。首先應(yīng)當(dāng)注意相關(guān)的操作步驟，如果出現(xiàn)母線不正常運(yùn)行的情況，則要將母線的隔離開關(guān)立即關(guān)閉，然后將母線的斷路器關(guān)閉，當(dāng)對母線進(jìn)行送電時(shí)，則要將上述順序顛倒過來。如果電源提供母線電壓，則要將斷路器完全閉合，然后進(jìn)行升壓操作，待升壓工作完成后，再將電壓降到0的位置，然后將斷路器關(guān)閉。當(dāng)母線出現(xiàn)一些情況，導(dǎo)致差動保護(hù)作用時(shí)，首先要將斷路器位置的隔開開關(guān)關(guān)閉，并采取相關(guān)的處理措施；其次是要改變相關(guān)的運(yùn)行方式，在母線位置進(jìn)行倒閘操作過程中，如果出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象，需要改變接線方式，并先將諧振的回路電源切斷，以免諧振繼續(xù)發(fā)生。需要注意的是，運(yùn)行方式的改變不能超出一定范圍，以免在諧振區(qū)內(nèi)電容和空載變壓器增加，導(dǎo)致系統(tǒng)中電容值的增加。

（2）進(jìn)行技術(shù)設(shè)備的檢測、改進(jìn)和維修。一般當(dāng)電容大于900pF時(shí)，會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。因此，首先應(yīng)對電容和勵(lì)磁的特性進(jìn)行準(zhǔn)確的檢查和計(jì)算，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值對諧振方位進(jìn)行判斷，并通過不斷實(shí)踐，將斷路器的電容控制在450pF以下，從而避免產(chǎn)生鐵磁諧振。其次是要對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)處理，采用質(zhì)量較好、伏安特性較高、勵(lì)磁感抗高的電容式電壓互感器可以有效避免鐵磁諧振情況的發(fā)生。最后，還應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行定期維修，以不斷提高斷路器的性能，并在變壓器上設(shè)置相關(guān)的避雷器保護(hù)裝置，以有效避免產(chǎn)生過電壓。

3 需注意的問題

220kV變電站能夠滿足城區(qū)的電能使用需求，并包括了幾種不同的電壓等級，其中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)是供電的重要方式，因此應(yīng)當(dāng)注重這幾種操作形式。在對設(shè)備進(jìn)行操作的過程中，應(yīng)當(dāng)盡量減少過電壓的發(fā)生，從而降低操作性過電壓或諧振過電壓對設(shè)備及人身安全的威脅。對于220kV變電站的操作，最可能引起過電壓的是空載母線和投切空載變壓器，因此，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)注重對儲能元件各項(xiàng)參數(shù)的檢查和核對，并采取相應(yīng)的防范措施以減少過電壓的發(fā)生。

4 結(jié)語

總之，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷更新，對電力的相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的要求。為了更好地滿足我國城區(qū)用戶的用電需求，必須不斷對用電裝置進(jìn)行性能測試，并不斷改進(jìn)繼電保護(hù)裝置，以確保繼電保護(hù)的有效性，減少過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的檢修和更換，從而保證變電站的可靠、安全運(yùn)行。

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