供電系統(tǒng)過電壓的成因及防治措施

邵雄

(上海化工研究院,上海 200062)

供電系統(tǒng)過電壓的成因及防治措施

邵雄

(上海化工研究院,上海 200062)

35kv供電系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，會(huì)給供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來不便，怎樣才能使電網(wǎng)安全的、正常的運(yùn)行呢？首先我們要對(duì)35kv供電系統(tǒng)過電壓有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，本文對(duì)35kv供電系統(tǒng)中過電壓的種類、為什么會(huì)產(chǎn)生這種過電壓及其所帶來的不良后果進(jìn)行了詳盡的描述，并且從外過電壓和內(nèi)過電壓這兩個(gè)角度詳細(xì)論述了怎樣防治35kv供電系統(tǒng)中的過電壓?jiǎn)栴}。

35kv供電系統(tǒng) 過電壓 諧振過電壓 雷擊過電壓 操作過電壓 自動(dòng)重合閘

1 供電系統(tǒng)中過電壓的類型、產(chǎn)生原因和不良后果

1.1 過電壓的類型

過電壓這個(gè)概念大家可能比較陌生，那什么是過電壓呢？在導(dǎo)線或相對(duì)地之間的峰值高于電工設(shè)備最高電壓峰值的電壓就是過電壓。而在某些特定的條件下，供電系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)高于工作電壓的異常升高現(xiàn)象，我們又稱作供電系統(tǒng)中的過電壓，它其實(shí)是一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。供電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，不僅要求供電系統(tǒng)中電工設(shè)備的絕緣要能長時(shí)間承受著正常的工作電壓，還必須要有能承受一定幅值的過電壓的能力。供電系統(tǒng)中過電壓分為內(nèi)、外過電壓兩種。首先，內(nèi)過電壓指的是當(dāng)供電系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)引起的過電壓。內(nèi)過電壓有其常見的2種形式：(1)操作過電壓。為了確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，或當(dāng)某些位置出現(xiàn)故障需要將其切除時(shí)，為改變當(dāng)前的運(yùn)行方式，系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)借助斷路器來操作。如果我們將供電系統(tǒng)看成一個(gè)復(fù)雜電路，當(dāng)斷路器運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從一種電磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電磁狀態(tài)，在這個(gè)過程中會(huì)出現(xiàn)電磁振蕩現(xiàn)象，電磁能與靜電能在供電系統(tǒng)的一些器件中以不變的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而在電工設(shè)備中出現(xiàn)過電壓，這就是所謂的操作過電壓。(2)諧振電壓。在一些特定接線方式下，供電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元器件如電感應(yīng)性和電容量等會(huì)與電源頻率發(fā)生諧振，在這一過程中產(chǎn)生的過電壓，我們又稱為諧振電壓。它主要包括參量諧振、鐵磁諧振和線性諧振這三種類型。那什么是外過電壓呢？在某些外在自然因素如大氣、雷電及天氣的變化的作用下引起的過電壓，我們稱之為外過電壓。下面主要介紹其中一種，即雷擊過電壓，主要包括直擊雷導(dǎo)致的過電壓和感應(yīng)雷導(dǎo)致的過電壓。當(dāng)供電系統(tǒng)中電工設(shè)備的導(dǎo)電部分被雷電閃絡(luò)直接擊中時(shí)產(chǎn)生的過電壓，即是直擊雷過電壓。這種電壓由于像脈沖一樣，持續(xù)的時(shí)間很短，僅僅只有十幾到幾十微秒，可以形象地把它命名為瞬態(tài)過電壓。那為什么會(huì)出現(xiàn)電路故障呢，這主要是因?yàn)樵?5kv供電系統(tǒng)中，輸電線路最容易遭到雷擊，當(dāng)輸電線路遭雷擊時(shí)就會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)故障。

1.2 過電壓的形成機(jī)制及其帶來的危害

目前，在我國的配電網(wǎng)中，以前的消弧線圈接地方式已經(jīng)大部分被現(xiàn)在的中線點(diǎn)不接地方式所取代，現(xiàn)實(shí)生活中已很少采用了?，F(xiàn)今，熔絲出現(xiàn)熔斷、TV被燒毀等現(xiàn)象出現(xiàn)得越來越頻繁，國家對(duì)電網(wǎng)具體是怎樣運(yùn)行的進(jìn)行了一系列的調(diào)查，從這些調(diào)查中我們了解到，目前最常見的中線點(diǎn)不接系統(tǒng)由于受電壓互感器鐵心飽和的影響，會(huì)產(chǎn)生很多的鐵磁諧振過電壓，這也是導(dǎo)致上述現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因，雖然我們已經(jīng)使用很多的限制方法來處理產(chǎn)生的諧振過電壓，也取得了一定的效果，但都不能從根本上解決這個(gè)問題，要想治本還是很困難。但值得高興的是由于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式屬于單相接地，所以在開始運(yùn)行的2h內(nèi)一般不會(huì)出現(xiàn)用戶斷電的現(xiàn)象。隨著供電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，許多中低電網(wǎng)不斷得到擴(kuò)建，使得線路回路數(shù)和線路的長度發(fā)生了很大的改變，回路數(shù)數(shù)量大量增加，線路長度也不斷增長，最終導(dǎo)致中低壓電網(wǎng)對(duì)地電容電流的猛增。單項(xiàng)接地時(shí)很容易產(chǎn)生比相電壓高35倍的電弧電壓。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，由于放電的作用會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中絕緣較薄弱的地方被擊穿，一旦出現(xiàn)相間短路時(shí)，供電系統(tǒng)中的供電設(shè)備就會(huì)遭到破壞，最終導(dǎo)致不能供電。當(dāng)前應(yīng)用較少的老式消弧線圈接地的配電網(wǎng)，由于其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的不完善，限制了它的運(yùn)行，即在全補(bǔ)償狀態(tài)下不能正常運(yùn)行，只能在過補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行。而在過補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，它的脫諧度整定被降至在20%-30%之間，使得其對(duì)弧光過電壓的抑制嚴(yán)重削弱，效果明顯降低。

2 如何防治35kv供電系統(tǒng)中的過電壓?jiǎn)栴}

2.1 怎樣防治內(nèi)過電壓

怎樣有效防治操作過電壓？主要包括以下幾種常見的方法：(1)我們可以通過觸頭低壓大電流、高壓小電流和直流老練法等方法來有效防治操作過電壓，其效果較明顯，所以在抑制電力系統(tǒng)操作過電壓時(shí)這些方法最為常用。(2)采用外接非線性電阻吸收裝置。非線性電阻吸收裝置主要材質(zhì)為氧化鋅壓敏電阻這也是在非線性電阻吸收裝置中防治效果最好的一種。當(dāng)將氧化鋅壓敏電阻應(yīng)用于35kv供電系統(tǒng)中時(shí)，其具有半導(dǎo)體穩(wěn)壓管的功效，在同等的工頻電壓下會(huì)產(chǎn)生更大的阻值。這種裝置不僅用的時(shí)間長，動(dòng)作比其他裝置快，而且維護(hù)起來非常方便。值得注意的是，這種裝置在投入運(yùn)行前和運(yùn)行的過程中必須做好高壓調(diào)試的準(zhǔn)備工作，只有這樣才能保證該裝置的良好運(yùn)行。外界非線性電阻吸收裝置是防治操作過電壓效果很有效的一種方法，已經(jīng)被大量應(yīng)用。除了上述兩種方法以外，也可通過對(duì)滅弧線圈的潔凈度和真空度進(jìn)行控制的方法來抑制過電壓。接下來主要介紹諧振過電壓的防治方法。(1)消弧線圈調(diào)諧中配置的微機(jī)控制器具有自動(dòng)控制功能，解決了老式線圈在調(diào)諧過程中要將消弧線圈退出運(yùn)行的缺陷。我們應(yīng)當(dāng)改造老式消弧線圈以預(yù)防35kv供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的過電壓現(xiàn)象，并且大范圍使用新型自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈。這種新的調(diào)諧裝置可裝設(shè)電流互感器二組和二次保護(hù)等裝置，將變柜改成變兼接地變柜，讓消弧線圈在戶外進(jìn)行布置。為限制中性點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)消弧線圈接地回路，可以把阻尼電阻串聯(lián)起來。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)脫諧度及中性點(diǎn)位移電壓的最佳控制。當(dāng)脫諧度最大不超過5%時(shí)，最大故障點(diǎn)殘留控制在5A，最大消弧線圈位移電壓要控制在相電壓的15%以內(nèi)，使得供電系統(tǒng)可以達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，從而控制殘流以實(shí)現(xiàn)高效熄弧，使得遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙調(diào)、遙控、遙信成為可能，最終使變電站監(jiān)管的自動(dòng)化水平得到進(jìn)一步的提高。(2)電壓互感器鐵心飽和會(huì)引起鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生，為實(shí)現(xiàn)對(duì)這一過電壓的防治，工作人員采取了各種各樣的方法，雖然都在一定程度上起到了抑制的作用，但始終都不能達(dá)到理想的狀態(tài)。因?yàn)殍F磁諧振過電壓具有非線性量且內(nèi)容非常復(fù)雜的特點(diǎn)，所以即使在部分供電系統(tǒng)中配備了消諧器，但輸電線路還是會(huì)產(chǎn)生諧振過電壓。要想實(shí)現(xiàn)35kv供電系統(tǒng)中諧振過電壓的抑制，整個(gè)供電系統(tǒng)的參數(shù)可能都必須有較大的變動(dòng)，如果同時(shí)應(yīng)用多臺(tái)TV，只在其中一臺(tái)TV上裝配消諧器，則不能消除諧振過電壓現(xiàn)象。只有在中性點(diǎn)上接入消弧線圈才能在很大程度上減小TV中通過的電流，實(shí)現(xiàn)電容對(duì)小感放電的對(duì)抗，進(jìn)而確保輸電線路的安全有效運(yùn)行。否則，會(huì)因?yàn)閱蜗嘟拥禺a(chǎn)生間歇性電弧而出現(xiàn)多次放點(diǎn)的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致不良事故的發(fā)生，如熔絲的熔斷、TV的燒毀等，帶來嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。

2.2 如何有效的防治外過電壓

首先，我們可以提高線路的絕緣性來防治外電壓。雷擊發(fā)生率在一些面積較大地區(qū)的輸電線路中經(jīng)常出現(xiàn)，為了減少雷擊跳閘，可以增加絕緣子的片數(shù)來抑制工頻電弧的產(chǎn)生。同時(shí)也可通過對(duì)瓷橫擔(dān)等沖擊閃絡(luò)電壓較高的絕緣子的應(yīng)用來抑制。其次，可使中性點(diǎn)不接地這種方式來防治外電壓。在我國的35k供電系統(tǒng)中，老式的消弧線圈接地和中性點(diǎn)非有效接地方式最為常見，它可以很容易的消除雷擊引起的很多單相接地故障，使線路絕緣而不出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，這樣可以增強(qiáng)抗雷擊性能，防止建弧現(xiàn)象的發(fā)生。所以我們應(yīng)當(dāng)確保輸電鐵塔和鋼筋混凝土能可靠接地，使得接地電阻不受任何因素的影響，以達(dá)到最大的防治外電壓的效果。再次，還可以安裝自動(dòng)重合閘裝置防治外過電壓。線路絕緣的自動(dòng)恢復(fù)性使得雷擊產(chǎn)生的絕緣閃絡(luò)現(xiàn)象可在線路跳閘后自動(dòng)消除。故為使雷擊跳閘所引起的線路停電情況得到控制，減少輸電線路雷擊事故的發(fā)生，應(yīng)在35v供電系統(tǒng)中安裝自動(dòng)重合閘裝置。此外，我們還可以通過架設(shè)避雷線的方式來防治外電壓。雷擊直擊變電站附近的導(dǎo)線時(shí)會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生侵入波并傳入變電站，影響到變電站內(nèi)的供電設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)雷擊發(fā)生率的降低，必須在離變電站距離較近的一段輸電線架設(shè)進(jìn)線為12m的避雷線。同時(shí)為了更好的減少雷擊率，提升避雷線的屏蔽效果，須調(diào)小避雷針對(duì)電路線的保護(hù)角度。由于35kv線路的絕緣效果很好，故不需要全線都架設(shè)避雷線，也為項(xiàng)目施工提供了方便。

3 結(jié)語

通過以上介紹，我們了解到供電系統(tǒng)不僅規(guī)模巨大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多外在因素和內(nèi)在因素都可能會(huì)影響到供電系統(tǒng)的可靠、安全和穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是過電壓的現(xiàn)象更是常見。為了確保供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生率零突破，就必須有針對(duì)性的采取措施來預(yù)防35kv供電系統(tǒng)中過電壓的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

[1]雷楚堅(jiān).淺談電力系統(tǒng)串聯(lián)諧振過電壓的危害及抑制措施[J].電氣實(shí)驗(yàn),2013(25).

[2]黎雪英.35kV供電系統(tǒng)諧振過電壓的防治[J].電力信息化,2013(04).