變電站過(guò)電壓分析及防護(hù)淺析

摘 要：電力系統(tǒng)由于內(nèi)部或外部原因常會(huì)造成系統(tǒng)過(guò)電壓。實(shí)踐表明，過(guò)電壓是造成電網(wǎng)絕緣損壞的主要原因，同時(shí)也是選擇電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的決定性因素，因此必須采取強(qiáng)力措施加以限制。過(guò)電壓通?？煞譃閮纱箢?lèi)，既大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓，其中內(nèi)部過(guò)電壓又可分為工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓三種。本文分析電力系統(tǒng)過(guò)電壓的各種不同類(lèi)型及其產(chǎn)生原因，并提出預(yù)控措施。

關(guān)鍵詞：過(guò)電壓；分類(lèi)；產(chǎn)生原因；防護(hù)措施

0.引言

我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展很迅速，早在八十年代就開(kāi)始發(fā)展500kV 超高壓線路。隨著電網(wǎng)電壓的升高，電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及輸變電工程設(shè)計(jì)要涉及的系統(tǒng)問(wèn)題，也有很大變化，35-110kV 電網(wǎng)主要研究潮流、短路電流問(wèn)題，220kV 電壓就增加了穩(wěn)定問(wèn)題，電壓升到330kV 后，則還必須研究其內(nèi)過(guò)電壓?jiǎn)栴}。

當(dāng)電力系統(tǒng)中某部分電壓高于正常運(yùn)行電壓的時(shí)候，即電位差高于正常電位差的時(shí)候，可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)絕緣結(jié)構(gòu)造成損傷甚至擊穿。這種情況稱(chēng)為過(guò)電壓。根據(jù)發(fā)生原因，分為兩種：外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。內(nèi)部過(guò)電壓：電力系統(tǒng)內(nèi)部由系統(tǒng)故障或人員誤操作引起的過(guò)電壓稱(chēng)為內(nèi)部過(guò)電壓。一般為暫態(tài)過(guò)電壓，按照發(fā)生原因分為穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的暫時(shí)過(guò)電壓和暫態(tài)性質(zhì)的操作過(guò)電壓。暫時(shí)過(guò)電壓主要包括工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。

1.外部過(guò)電壓

1.1外部過(guò)電壓。由大氣中雷電現(xiàn)象引起，又稱(chēng)雷電過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，雷云和地面間發(fā)生放電現(xiàn)象，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。由于其放電時(shí)間短（數(shù)十微秒級(jí)別），又稱(chēng)為雷電沖擊波。根據(jù)影響類(lèi)型分為兩種：感應(yīng)雷過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓。

1.2限制措施

直擊雷是高壓線路產(chǎn)生雷電過(guò)電壓的主要因素，我們按照收到直擊雷影響后線路的跳閘進(jìn)程將限制措施分成四個(gè)部分：

1.2.1第一層防護(hù)是導(dǎo)線：采用避雷線或者是避雷針?lè)乐估字苯訐魤膶?dǎo)線，或者是把導(dǎo)線換成電纜防止雷擊。

1.2.2第二層防護(hù)是防止雷電的反擊：降低桿塔的沖擊接地電阻，增加耦合和分流（采用雙避雷線、耦合地線、不平衡絕緣），加強(qiáng)絕緣，采用管型避雷器等。

1.2.3防止建?。涸鰪?qiáng)絕緣（采用瓷橫擔(dān)、木橫擔(dān)），電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地等。

1.2.4防止供電中斷：環(huán)網(wǎng)供電，安裝重合閘等。

2.操作過(guò)電壓

2.1操作過(guò)電壓指由于發(fā)生了斷路器操作或突然短路引起的過(guò)電壓，其設(shè)計(jì)人工操作，持續(xù)時(shí)間一般比較長(zhǎng)，可達(dá)幾十毫秒級(jí)別。其電壓幅值較高，一般達(dá)到正常運(yùn)行電壓三倍以上。常見(jiàn)的操作過(guò)電壓引發(fā)原因有：（1）切除空載線路（2）空載線路合閘或重合閘（3）切斷空載變壓器（4）斷續(xù)電弧接地。

2.2限制措施

2.2.1從增強(qiáng)電氣設(shè)備的絕緣性能著手。實(shí)時(shí)嚴(yán)格監(jiān)察電氣設(shè)備的絕緣情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)絕緣不合理容易發(fā)生事故之處應(yīng)立即處理，防患于未然，離線測(cè)試增強(qiáng)絕緣性能不足之處。對(duì)于距離很遠(yuǎn)的中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，接地電流大，如果情況允許的話可嘗試將電網(wǎng)分開(kāi)工作，能夠更快的實(shí)現(xiàn)接地電弧自熄。

2.2.2限制切空變過(guò)電壓的措施是針對(duì)其產(chǎn)生的機(jī)理，該過(guò)電壓由斷路器的截流造成，主要采用閥型避雷器進(jìn)行限制。

2.2.3改善斷路器的結(jié)構(gòu)，在快速滅弧之后不會(huì)重燃，優(yōu)化增強(qiáng)觸頭間介質(zhì)能夠恢復(fù)的程度，這些方法都能夠限制空線過(guò)電壓的產(chǎn)生。改善滅弧性能防止斷路器在開(kāi)斷空線中重燃現(xiàn)象的產(chǎn)生，可以通過(guò)使用有特殊性能的斷路器，例如空氣斷路器和配備了壓油式滅弧裝置的少油斷路器。

2.2.4一般長(zhǎng)線路比較成熟和常用的方法是線路側(cè)并聯(lián)電抗器，輔助以性能良好的金屬氧化物避雷器作為二次限制。短線路就只需要使用金屬氧化物避雷器一種限制方式即可。

3.諧振過(guò)電壓

3.1當(dāng)電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件（如電容、電感等）在接線方式不恰當(dāng)時(shí)，某些情況下會(huì)與電源頻率發(fā)生諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓。這種過(guò)電壓稱(chēng)為諧振過(guò)電壓，按照發(fā)生原因分為以下幾類(lèi)：（1）鐵磁諧振過(guò)電壓（2）線性諧振過(guò)電壓（4）參數(shù)諧振過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓與引起的電容電感元件參數(shù)有關(guān)，另外還涉及到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式、電網(wǎng)設(shè)備性能。其特點(diǎn)為持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)過(guò)電壓倍數(shù)高，必須消除諧振才能清除，一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)加以規(guī)避。

3.2限制措施

抑制參數(shù)諧振過(guò)電壓的措施有：利用快速自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置消除同步自勵(lì)磁；在高壓電網(wǎng)中投入并聯(lián)電容器，補(bǔ)償線路電容，使得等值容抗大于和從而消除諧振；臨時(shí)投入串聯(lián)電阻。

鐵磁諧振過(guò)電壓的消諧措施：加裝消諧器。目前大部分的電力系統(tǒng)都是使用消諧器安裝到系統(tǒng)中以達(dá)到消除諧振的目的，使用廣泛技術(shù)成熟，根據(jù)鐵磁諧振一次二次諧振特性，加裝消諧器也有相應(yīng)的兩種，即加裝二次消諧器和加裝一次消諧器。

限制諧振產(chǎn)生的過(guò)電壓的基本方法是破壞線路的諧振條件，恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過(guò)增加回路的消耗來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采取措施規(guī)避能夠產(chǎn)生諧振的各種條件。

4.工頻過(guò)電壓

4.1工頻過(guò)電壓一般產(chǎn)生于電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的驟變或長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)。空載長(zhǎng)線會(huì)有電容效應(yīng)，在工頻電源作用下，遠(yuǎn)距離空載線路的電容效應(yīng)導(dǎo)致沿線電壓不均等，電源端電壓低末端電壓高，造成過(guò)電壓。當(dāng)線路不對(duì)稱(chēng)接地時(shí)，如三相輸電線a相短路接地，會(huì)導(dǎo)致b、c兩相上電壓升高，形成過(guò)電壓。當(dāng)線路上由于突發(fā)故障瞬間甩掉負(fù)荷時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)不能及時(shí)響應(yīng)自動(dòng)調(diào)整，造成過(guò)電壓，稱(chēng)為甩負(fù)荷過(guò)電壓。

4.2限制措施

4.2.1 對(duì)于一些老舊和傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組很有可能使用的還是手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)整勵(lì)磁，手動(dòng)方式反應(yīng)慢會(huì)造成長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電壓穩(wěn)定慢，自動(dòng)勵(lì)磁裝置調(diào)整快，工頻過(guò)壓明顯小于手動(dòng)勵(lì)磁，因此一定要改為使用自動(dòng)的電壓調(diào)整勵(lì)磁裝置；

4.2.2增大機(jī)端的負(fù)荷數(shù)量和負(fù)荷功率。特別要增加距離發(fā)電廠很近的所謂的機(jī)端的負(fù)荷，這些負(fù)荷屬于無(wú)功負(fù)荷，能夠限制電壓上升幅度和機(jī)組的轉(zhuǎn)速，能夠有效地抑制工頻過(guò)電壓的大?。?/p>

4.2.3在使用現(xiàn)有的系統(tǒng)時(shí)，在正常操作或事故跳閘時(shí)也要注意，合閘時(shí)， 先合線路電源容量較大的一端也就是末端，應(yīng)該先合閘，電源容量較小的一端也就是線路的首端在末端之后操作；分閘時(shí)，應(yīng)該先打開(kāi)線路的首端，然后再首端之后操作末端；

4.2.4如過(guò)設(shè)備使用允許時(shí)，盡量多的使用機(jī)組，以此來(lái)降低機(jī)組的負(fù)荷率，提高線路輸送負(fù)荷的功率因數(shù)；

4.2.5要定期檢查和維護(hù)機(jī)組的調(diào)速器，使其保持好的工作狀態(tài)。調(diào)速器在發(fā)生甩負(fù)荷過(guò)電壓情況時(shí)，能夠減緩過(guò)電壓的增大，使工頻過(guò)電壓快速?gòu)臅簯B(tài)過(guò)度到穩(wěn)態(tài)，同時(shí)還能夠減小系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)電壓而造成更大程度的損壞，減小過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)造成的危害；

4.2.6要重視對(duì)機(jī)組的使用操作和維修保養(yǎng)，杜絕人為的使用錯(cuò)誤和判斷錯(cuò)誤，從外因上降低工頻過(guò)電壓產(chǎn)生次數(shù)。

5.總結(jié)

電力系統(tǒng)過(guò)電壓是發(fā)展超高壓和特高壓電網(wǎng)所必須研究的重要課題，它不僅影響變壓器、斷路器、輸電線路等電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，而且還直接關(guān)系到電力系統(tǒng)是否能夠安全可靠的運(yùn)行。本文針對(duì)輸電系統(tǒng)中過(guò)電壓的產(chǎn)生進(jìn)行了分類(lèi)和產(chǎn)生原因簡(jiǎn)析，并提出相應(yīng)的抑制措施，從而指導(dǎo)減小過(guò)電壓造成的損害。

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作者簡(jiǎn)介：

王舶屹1989年3月1日、性別男、民族漢、籍貫四川省眉山市仁壽縣、就職單位中國(guó)水利水電第七工程局有限公司、職稱(chēng)助理工程師、主要從事輸變電工程現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)管理工作。