電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的防護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

◎常嘉祺

電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的防護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

◎常嘉祺

電力行業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展具有重大輔助作用，該體系穩(wěn)定運(yùn)行是保證各行業(yè)正常發(fā)展的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，過電壓狀況多發(fā)，相關(guān)影響因素較為復(fù)雜，增大了事故發(fā)生幾率，對設(shè)備的危害、電力行業(yè)的正常運(yùn)行均具有重大威脅。本文對過電壓類型、影響要素及相關(guān)防護(hù)措施進(jìn)行了分析，旨在提高電力行業(yè)的穩(wěn)定性、科學(xué)性與合理性。

電力設(shè)備管理中，內(nèi)部過電壓是無外界因素影響所導(dǎo)致的過電壓現(xiàn)象。其主要起因分析如下：設(shè)備長期連續(xù)作業(yè)，存在老化狀況，導(dǎo)致絕緣性能發(fā)生變化；另一方面，設(shè)備運(yùn)行中，短期電壓過高，超過上限值，引起過電壓的危害，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生短路狀況。過電壓對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重大危害，需要根據(jù)設(shè)備內(nèi)部過電壓原因進(jìn)行儲能元件的分析，一般能量不可明顯變化，運(yùn)行中對應(yīng)元件的狀態(tài)也需要循序漸進(jìn)變化，其周邊磁場、電場隨之發(fā)生對應(yīng)轉(zhuǎn)換、震蕩，引起過電壓現(xiàn)象。為了避免過電壓的危害，需要加強(qiáng)儲能元器件的合理控制，避免震蕩狀況引起內(nèi)部的過電壓問題。

過電壓類型

接地故障產(chǎn)生過電壓。單相接地故障較為頻發(fā)，對系統(tǒng)危害度不容忽視，系統(tǒng)電壓過高會增加該故障發(fā)生的幾率。該故障狀況下，相電壓增加，雖然增加后對應(yīng)電壓未達(dá)到上限值，但是避雷設(shè)施已經(jīng)無法發(fā)揮應(yīng)有功能，防護(hù)體系性能減弱。操作中，單相接地狀況下，一般會根據(jù)過電壓比例對避雷器進(jìn)行滅弧電壓處理，此時正常的相電壓較工作電壓會高出10%，對應(yīng)電網(wǎng)滅弧電壓需要參考這一數(shù)值，以便為0.8倍的相電壓。另一方面，當(dāng)超高壓電網(wǎng)發(fā)生問題時，應(yīng)立即切斷回路，這時要避免電網(wǎng)中仍有電流經(jīng)過，同時借助重合閘處理，保證故障的有效解除，借助其他補(bǔ)救措施實(shí)現(xiàn)操作控制。

負(fù)載突變過電壓。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，受影響因素、臨時故障的影響，會發(fā)生過電壓現(xiàn)象，需要進(jìn)行停止供電處理，避免電壓持續(xù)升高帶來的危害。需要注意下述問題：發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，需要對運(yùn)行工況、磁鏈狀況進(jìn)行研究，保證輸出功率、電動勢的合理性，避免電壓升高引起的危害；發(fā)動機(jī)運(yùn)行中，制動系統(tǒng)、調(diào)速器固有慣性一般保持一致，轉(zhuǎn)速一定，甩負(fù)荷狀況下，轉(zhuǎn)速增加過大，會引起頻率增大；輸電線路過長狀況下，末端電容效應(yīng)引起電壓增加，出現(xiàn)過電壓狀況的幾率增大[范秀麗.需電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓及防護(hù)措施分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013年.]（范秀麗，2013）。根據(jù)上述狀況產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象，需要加強(qiáng)操作處理中并聯(lián)電抗器、空載線路的應(yīng)用，降低輸電線路過長產(chǎn)生的電容狀況，電機(jī)側(cè)需要進(jìn)行消勵磁操作的實(shí)現(xiàn)。

諧振過電壓。電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧振的原因是電感、電容等部件在回路工作時，受同一頻率影響產(chǎn)生共振。一般分為線性、非線性諧振。諧振電壓危害大，但是其產(chǎn)生條件較為苛刻，在非全相操作時電力系統(tǒng)才回產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障且其正序、零序阻抗?jié)M足時才會發(fā)生線性諧振。而非線性諧振是由系統(tǒng)中變壓器或互感器等鐵磁元件引發(fā)的，且隨著外部電壓的變化而改變，若回路中存在電纜、串聯(lián)補(bǔ)償電容器等元件且滿足需ωL＞1/ωC需時才會導(dǎo)致電壓升高從而發(fā)生鐵磁諧振，且鐵磁諧振后會發(fā)生電流反向，容易引發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)的事故[萬千云,需梁惠盈,齊立新,等.電力系統(tǒng)運(yùn)行使用技術(shù)問答需[M].需北京:中國電力出版社需,2004年.]（萬千云,需梁惠盈,齊立新，2004）。

諧振過電壓現(xiàn)象需要考慮回路特性，該狀況過電壓對系統(tǒng)的危害度一般不高，若持續(xù)時間過長，則應(yīng)改變電阻、電抗或者借助消諧器實(shí)現(xiàn)目的，一般操作較為簡單，效果良好。

電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓防護(hù)

間歇性電弧過電壓。通常，當(dāng)中性點(diǎn)不接地時，較容易出現(xiàn)這類過電壓現(xiàn)象，中性點(diǎn)不接地原因在于該系統(tǒng)在單相接地狀況下也可繼續(xù)工作一段時間，一般為兩小時，電弧可以發(fā)送充入狀況，導(dǎo)致線路負(fù)荷發(fā)生改變，中性點(diǎn)電壓增加引起過電壓現(xiàn)象。該狀況一般浮動不大，電壓上限為額定數(shù)值的3.5倍左右。但是受其持續(xù)時間過長、范圍過大的影響，弱絕緣現(xiàn)象的危害不容忽視[韓夢夢,吳文輝,黃戡,萬麗琴.需特高壓輸電線路工頻過電壓抑制的研究[J].需大功率變流技術(shù).需2014年.]（韓夢夢,吳文輝,黃戡,萬麗琴，2012）。所以對弱絕緣設(shè)備也會產(chǎn)生一定程度的影響，要盡量采取有效措施避免這類影響的產(chǎn)生。在中性點(diǎn)處可以選用去電弧線圈，使電感電流補(bǔ)償電容電流，避免重燃現(xiàn)象的發(fā)生，減少過電概率。

電感性電流電壓的影響。系統(tǒng)中的空載電動機(jī)及變壓器即為小電感性負(fù)荷，受斷路器設(shè)計(jì)條件影響，切斷小電流將會引起振蕩現(xiàn)象的發(fā)生，該狀況下，對地雜散電容數(shù)值小，容易產(chǎn)生過電壓問題，這時我們可以利用避雷器，通常情況下此時的電流值較小，利用避雷器能夠?qū)^電壓進(jìn)行有效的防護(hù)，避免危險事故的發(fā)生。

開斷電容性過電壓。電容設(shè)備的容性電流，發(fā)生位置為電纜和空載線路中，原因在于斷路操作中會發(fā)生明顯的重燃狀況，進(jìn)而導(dǎo)致較為明顯的系統(tǒng)振蕩，極易引起過電壓現(xiàn)象。為了避免該狀況的過電壓，需要進(jìn)行斷口電壓上升幅度的有效控制，在斷路設(shè)備的端口位置設(shè)置并聯(lián)電阻，能夠極大解決過電壓問題的發(fā)生。

合空載長線過電壓。電力體系運(yùn)行中，空載線路的操作較為常見，在超高壓系統(tǒng)中，重合閘操作容易產(chǎn)生過電壓，危害度極大，同時該現(xiàn)象是電網(wǎng)絕緣能力考核的重要指標(biāo)。重合閘處理中，線路存在殘壓將會引起電壓相互疊加，繼而引起振蕩加速現(xiàn)象，過電壓可能會達(dá)到額定數(shù)值的三倍。其處理措施分析如下：借助帶合閘電阻的斷路器進(jìn)行處理控制，降低線路殘余電壓的負(fù)面影響；借助專門設(shè)備對斷路器兩端最低狀況進(jìn)行檢測判斷，進(jìn)而選取合適的合閘操作方法；用磁吹型的金屬氧化物避雷器作為專門的后備保護(hù)。

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電能需求量與日俱增，為了保證電力系統(tǒng)滿足當(dāng)代社會的發(fā)展需求，需要充分避免過電壓狀況的發(fā)生，避免電氣設(shè)備故障引起的經(jīng)濟(jì)損失。電氣設(shè)備故障還會導(dǎo)致重大安全事故，危害度極高。電力體系中，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的操作電壓存在一定差異，為此，根據(jù)電壓等級進(jìn)行有效分析，區(qū)別對應(yīng)處理方法，可充分避免過電壓現(xiàn)象的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性的運(yùn)行機(jī)制。借助現(xiàn)代化管理模式優(yōu)化調(diào)整防護(hù)能力，并加強(qiáng)業(yè)內(nèi)過電壓類型、防護(hù)方法的有效分析具有重大意義。

（作者單位：內(nèi)蒙古烏蘭察布電業(yè)局）