變電站過電壓分析及防護措施

苗晨 梁肖裕 李彥君 鄭鑫磊

摘要

過電壓，簡單來說，是指電力系統(tǒng)在運作過程中，有些電壓出現(xiàn)升高的情況，高出設備的最大工頻運行電壓值，過電壓造成的后果非常嚴重，不僅對設備造成損壞，而且導致斷電問題不能在第一時間得到解決，使得人們的生命財產(chǎn)安全受到傷害。為了確保電力系統(tǒng)在運行時不會出現(xiàn)故障，相關(guān)部門要積極采取防護措施本文仔細分析變電站過電壓及防護措施，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】變電站 過電壓 防護措施

電力系統(tǒng)在運行的過程中，由于出現(xiàn)故障或者人為操作失誤，產(chǎn)生短期的過電壓，導致變壓器的絕緣出現(xiàn)損壞，電氣設備不能正常使用。因此，想要保證電氣系統(tǒng)正常運行，相關(guān)部門工作人員必須要根據(jù)實際情況，及時采取正確的防護措施，防止變電站出現(xiàn)過電壓的情況。

1 變電站過電壓的主要原因

變壓器在在使用過程中出現(xiàn)的過電壓，破壞變壓器的絕緣有以下兩種情況：

（1）擊穿三種絕緣，分別是油箱之間、繞組之間以及鐵芯與繞組之間，導致接地或者繞組短路的情況出現(xiàn)。

（2）在一個繞組內(nèi)，擊穿匝間和段間的絕緣，造成匝間出現(xiàn)短路的情況。通常，按照變壓器過電壓產(chǎn)生的不同原因，可以分為兩種情況，分別是內(nèi)部過電壓和外過電壓。

1.1 內(nèi)部過電壓

這種電壓是由電網(wǎng)里面能量傳遞或者轉(zhuǎn)化時形成的，其電網(wǎng)的額定電壓和幅值性成正比例的關(guān)系，如果額定電壓越高，幅值越大;反之，如果額定電壓越低，幅值越小。在超高壓電網(wǎng)中，危害性較大的電壓有兩種：

1.1.1 諧振過電壓

在特殊條件下，電網(wǎng)中電容參數(shù)和電感出現(xiàn)諧振造成過電壓。因為變電壓所有段繞組的等值回路是電阻、電容。其回路的自然諧振頻率是固定不變的，基范圍較寬，大約在幾百赫茲或者幾千赫茲，并且超過60%小于100KHZ，回路的Q值最大值是30，衰減系數(shù)保持在0.7-0.9之間。遇到特殊激發(fā)的情況，應操作或者故障引起電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓的情況，必須要滿足以下幾個條件：首先，變壓器的自然諧振頻率和電網(wǎng)中的過電壓頻率要保持一致。其次，將額定電壓和過電壓的幅度進行比較，符合標準值。然后，衰減系數(shù)減小的時候，相隔電壓的峰值系數(shù)要大于0.8。最后，過電壓長期合適的情況下，容易在局部繞組的位置產(chǎn)生諧振過電壓，導致變壓器出現(xiàn)各種故障。

1.1.2 切除空載變壓器時，形成的操作過電壓

一般來說，空載變壓器在穩(wěn)定運作的時候，產(chǎn)生出激磁電感，大量的實驗研究結(jié)果顯示：切斷高出100A電流的時候。開關(guān)觸頭的電弧在工頻電流過零時，自然熄滅。同時，等值電感中不會存在任何的磁場能量，對其進行切除的時候，不會出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象。但是切除空載變壓器的時候，因為磁激電流較小，占額定電流的0.5%-1%之間，而且開關(guān)中的去游離效果相當強，所以只要電流不是零，息弧就會出現(xiàn)切流現(xiàn)象。在這種情況下，電感中存儲的所有能量都轉(zhuǎn)化為電廠能量，出現(xiàn)切除空載變壓器過電壓。

1.2 外過電壓

又稱為大氣過電壓，主要來源于直擊雷電感應和雷擊變壓器。換句話說，指雷云放電形成的感應雷過電壓和直擊雷過電壓。這種電壓的幅值受到兩個因素的影響，分別是防雷方法和雷電參數(shù)，與電網(wǎng)中的額定電壓無關(guān)。與內(nèi)過電壓相比之下，外過電壓的特征是持續(xù)時間相對較短，嚴格控制在10秒左右，沖擊力相當強、具有脈沖的特點，與雷擊活動強度有密切的關(guān)系。

2 變電站過電壓的防護措施

通常，變電站過電壓的防護措施體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）對于土壤電阻率高地區(qū)的桿塔，應該采取適當?shù)拇胧?，比如：延長接地帶、改變原有的接地形式、更換土壤、選用接地模塊以及添加垂直地體等等。如果線路是新建的，在原則上不能使用化學降阻劑。如果桿塔接地已經(jīng)使用降阻劑，應該適當調(diào)整開挖檢查周期。在腐蝕嚴重的地區(qū)，可以選擇兩種接地裝置，分別是導電防腐漆和耐腐蝕性強的材料。

（2）禁止使用避雷針。帶避雷線的桿塔和變電站構(gòu)架是許多傳播媒體所用天線的重要支柱，比如：電視天線、廣播天線、通訊天線等等。一旦避雷針被雷電侵入或者受到雷擊，波便沿著避雷線進到站里面，導致局部接地網(wǎng)電位不斷上升，竄入的高電位容易造成弱電和電壓設備損壞。對于弱電和低壓設備，可以采用限壓方法。對于因雷擊而造成弱電設備損壞可能發(fā)生的事故，可以裝置專業(yè)的浪涌保護器。變電站與發(fā)電廠的接地裝置，應該和避雷線連接在一起，方便分開連接點。如果避雷線和發(fā)電廠、變電站配電裝置直接相連，發(fā)電廠與變電站的接地網(wǎng)要連接地下的避雷線裝置，埋在地下的連接線，深度要超過15m。

（3）增強避雷線的維護保養(yǎng)工作。定期檢查部分線夾，確保桿塔接地點與避雷線連接是安全可靠。如果發(fā)現(xiàn)線路有絕緣架空地線，必須要不斷增強電間隙的檢修與保養(yǎng)工作。如果線路的功率值達到220kv以上，選擇絕緣地線的時候，地線上面的感應電壓超過幾十千伏，而感應電流超過幾百安培。在工程實踐活動中，曾經(jīng)出現(xiàn)地線間隙連續(xù)放電的情況，造成通信出現(xiàn)嚴重的干擾，甚至將地線絕緣子全部損壞，引發(fā)斷電事故，根本原因在于地線間隙波動大或者施工過程出現(xiàn)問題。

3 結(jié)語

總而言之，想要確保電力系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行，必須要重視變電站過電壓防護。近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，科學技術(shù)在不斷進步，供電企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化。變電壓站過電壓是一項技術(shù)性的工作難題，要求在運行實踐過程中，結(jié)合變電站的實際情況，科學合理的設計過電壓防護系統(tǒng)，對設備進行定期檢查維修，不斷總結(jié)工作經(jīng)驗。

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