淺析電力系統(tǒng)超高壓（500KV及以上）操作中過電壓產(chǎn)生的機(jī)理及防護(hù)

趙勝穎

[摘 要]電力系統(tǒng)運行的過程中出現(xiàn)過電壓的問題，這是一種較為常見的現(xiàn)象，但是對于電氣設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為保障電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性必須綜合考慮過電壓的產(chǎn)生原因、種類及其相應(yīng)的限制措施，從而最大限度的減少過電壓造成的危害?；诖耍疚膹碾姎膺^電壓的危害性及產(chǎn)生原因出發(fā)，論述了電力系統(tǒng)過電壓的防護(hù)措施，并詳細(xì)的分析了電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)的管理措施。不足之處敬請各位同仁批評指正。

[關(guān)鍵詞]超高壓；GIS；過電壓；防護(hù)措施

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0290-01

1 引言

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，社會生產(chǎn)和生活對電力的需求量在不斷增加，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性要求也在逐漸提高。因此，如何維護(hù)電氣設(shè)備的安全成為了重要問題。操作過電壓是電力系統(tǒng)發(fā)生改變時必然會產(chǎn)生的問題，它的產(chǎn)生會對電力設(shè)備絕緣造成危害，影響整個電力系統(tǒng)的正常運行，妨礙經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。因此，需要我們對電力系統(tǒng)中的過電壓保護(hù)問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，總結(jié)發(fā)生原因并找到相應(yīng)的限制措施，從而將危害降到最低，以此來確保電力系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定。

2 電氣過電壓的危害性及產(chǎn)生原因

過電壓指的是電壓異常升高現(xiàn)象，是電磁擾動的一種表現(xiàn)，能夠引起電器一次設(shè)備的極大損害，嚴(yán)重的甚至危及到整個電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，維修成本高，嚴(yán)重影響到供電的安全性能和供電質(zhì)量，因此需要對其進(jìn)行預(yù)先的防范，盡最大程度降低發(fā)生大氣過電壓安全事故的概率。過電壓的主要形式分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓。外部過電壓主要指大氣過電壓；內(nèi)部過電壓主要是由電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式改變引起的，又包括操作過電壓、工頻過電壓和諧振過電壓。

①大氣過電壓。出現(xiàn)大氣過電壓的現(xiàn)象主要是由于氣候條件引起的，主要是電力線路受到雷擊之后會產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊力，而且雷擊的程度越強(qiáng)，出現(xiàn)過電壓量也就越大。大氣過電壓具體分為3種，即反擊過電壓、感應(yīng)雷過電壓和直擊導(dǎo)線過電壓。

②操作過電壓。所謂的操作過電壓就是在電網(wǎng)運行的過程中，進(jìn)行開關(guān)操作而引起的過電壓現(xiàn)象。通常在最不利的條件下，過電壓的倍數(shù)會越高。需要注意的是，內(nèi)部過電壓具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，毫無規(guī)律可言，難以有效控制。

③工頻過電壓。引發(fā)工頻過電壓的原因主要包括線路空載時的容升效應(yīng)等。工頻過電壓的倍數(shù)一般不高，但通常會持續(xù)較長的時間。對于絕緣的設(shè)備來說，不會產(chǎn)生較大的危險性，但是在超高壓的狀態(tài)或者是進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電工作時就會產(chǎn)生較為直接的影響。

④諧振過電壓。諧振過電壓是較為常見的一種過電壓狀態(tài)，且危害性相對較大。諧振過電壓的產(chǎn)生與電感元件、電容元件有很大關(guān)系。具體而言，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，電感和電容元件易產(chǎn)生振蕩回路，進(jìn)而發(fā)生諧振、引起系統(tǒng)諧振過電壓。諧振過電壓的特點是持續(xù)時間較長、危害較大；會對電氣設(shè)備造成一定的破壞，比如導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能降低或燒壞設(shè)備等。

3 過電壓的防護(hù)措施

3.1 外部雷電過電壓的防護(hù)措施

對于外部雷電過電壓應(yīng)注意以下五個方面的防護(hù)：對于外電網(wǎng)的架空線路來說，由于區(qū)域范圍較大，不可避免的會遇到雷擊現(xiàn)象，在防護(hù)上應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的避雷線，以減少直擊雷的發(fā)生；發(fā)電廠、變電站、送電所等廠區(qū)要以設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，安裝多支獨立的避雷針，并且做好接地網(wǎng)、接地極、接地帶的敷設(shè)，以保證廠區(qū)避雷的安全性；送電線路的進(jìn)線開關(guān)應(yīng)加設(shè)避雷器，這可以有效的控制外線傳遞過來的電壓，防止超壓電流進(jìn)入變配電設(shè)備；對于高壓架空線路應(yīng)在變壓器端設(shè)置避雷器，同時還要在變壓器的中性點安裝間隙放電保護(hù)設(shè)備；變電廠區(qū)內(nèi)需要與高壓架空線路進(jìn)行隔離，并且在安裝避雷器時對架空線路回路的參數(shù)必須進(jìn)行驗證和分析，以保證輸電和變電線路的安全。

3.2 內(nèi)部過電壓保護(hù)措施

①防止負(fù)荷突變過電壓。在實際操作過程中，突發(fā)事故導(dǎo)致電壓升高極易引起負(fù)荷突變過電壓，對于這種情況的防護(hù)應(yīng)該在電機(jī)側(cè)裝設(shè)勵磁系統(tǒng)以控制電樞反應(yīng)，除此之外，還要運用限制空載線路投切及控制長線路電容效應(yīng)，以此來達(dá)到較好的控制電樞反應(yīng)的效果。

②接地故障保護(hù)措施。一般情況下，在電力系統(tǒng)中，接地故障發(fā)生的頻率較高，尤其單相接地更容易引發(fā)事故，而且其電壓高低與事故發(fā)生頻率成正比。這是由于避雷設(shè)備一般都對發(fā)生單相接地造成故障引起電壓增大沒有保護(hù)措施造成的，因此其單相接地時發(fā)生的故障也較多。這就說明即使單相接地發(fā)生故障的時候產(chǎn)生的過電壓值不是最高的，而在實際選擇避雷設(shè)備滅弧電壓時還是會參考單相接地時的正常相過電壓值。此外，還需要注意的是中性點接地故障，通常，水電站會以單相接地時的避雷器設(shè)備的滅弧電壓以電網(wǎng)的正常相電壓（最大電壓的1.1倍）為參考依據(jù)，但是應(yīng)該注意的是直接接地的相電壓應(yīng)該是正常電壓的0.8倍。

③預(yù)防諧振過電壓。電力系統(tǒng)諧振過電壓的產(chǎn)生受到其諧振過電壓的持續(xù)時間、回路自身特點等因素的影響，本身不穩(wěn)定的諧振過電壓或者持續(xù)時間比較長對電力系統(tǒng)的正常運行影響較大，應(yīng)該予以重視，其處理方式一般為：增加電阻、減少電抗、安裝消諧器。

3.3 超高壓以及特高壓GIS中過電壓防護(hù)措施

①采用快速動作的隔離開關(guān)?？s短隔離開關(guān)的切合時間能夠有效地減小重?fù)舸┑拇螖?shù)、縮短燃弧時間，從而降低過電壓出現(xiàn)的幾率。此外，還能使最高過電壓的倍數(shù)在一定程度上得到降低。

②并聯(lián)合閘電阻。目前抑制操作過電壓比較有效的辦法就是在隔離開關(guān)斷口上并聯(lián)合閘電阻（約幾百歐）。通過并聯(lián)電阻的阻尼作用可以使行波幅值降低、上升時間減緩。此外，并聯(lián)電阻還可以對電磁振蕩的能量進(jìn)行消耗。

③改變運行的操作流程以及簡化系統(tǒng)接線。考慮在超高壓及特高壓GIS的設(shè)計和運行過程中有改變操作流程和簡化系統(tǒng)接線的相應(yīng)措施。

④適當(dāng)增加觸頭間的不對稱度。適當(dāng)增加觸頭間的不對稱度可以有效降低殘余電荷，殘余電荷的降低方面可減少絕緣體表面所分布的不均勻自由導(dǎo)電粒子對絕緣強(qiáng)度的減弱。另一方面可減少重燃過程從而降低過電壓幅值。

4 電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)的管理措施

首先，制定防范管理制度，將各個防范措施都要落到實處，需要對所有在超高壓電力系統(tǒng)有關(guān)的從業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其意識到過電壓的危害，并制訂具體的工作細(xì)則和過電壓事故的應(yīng)急預(yù)案。各個工作環(huán)節(jié)都需要設(shè)定過電壓安全責(zé)任人，一旦出現(xiàn)事故進(jìn)行問責(zé)。

其次，定期的召開過電壓保護(hù)工作會儀，除了總結(jié)交流經(jīng)驗外，還要進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，并布置當(dāng)年的過電壓保護(hù)工作。

再次，做好過電壓的年度檢查工作，尤其是雨季的防雷檢查必須要嚴(yán)格，檢查中可采用分片互查的方式進(jìn)行。

5 結(jié)束語

綜上所述，操作過電壓是電力系統(tǒng)中比較常見的一種過電壓，它對電力工作人員的自身安全、設(shè)備的絕緣性能都有很大的危害，嚴(yán)重時甚至?xí)﹄娏ο到y(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成影響。因此，我們必須針對各種過電壓的類型加以綜合防范，并對已經(jīng)發(fā)生的事例進(jìn)行分析，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)研究并解決問題，最終達(dá)到能夠預(yù)防故障的目的，以保證電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

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