供配電系統(tǒng)過電壓的危害及防范措施

賈緒

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的快速進步，工業(yè)建設(shè)也隨之飛速發(fā)展，工業(yè)建設(shè)對供配電系統(tǒng)的要求自然也越來越高。在日常的使用過程中，供配電系統(tǒng)經(jīng)常會由于各種原因而遭到內(nèi)部或者外部的電壓襲擊，導(dǎo)致供配電系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，雖然這種過電壓現(xiàn)象非常短暫，但是還是會嚴(yán)重?fù)p壞電器。偶爾一次的過電壓現(xiàn)象，雖然會對電器中的絕緣設(shè)備造成嚴(yán)重的損耗，但是不會對電氣設(shè)備造成直接性的損壞，由于電器中的絕緣體的損壞，電氣設(shè)備的絕緣耐受能力會下降，導(dǎo)致電氣設(shè)備無法接受下一次的過電壓。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 供配電系統(tǒng);過電壓;危害;防范措施

[中圖分類號]? TM711? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2021）51-0060-02

本文主要探討電網(wǎng)當(dāng)中供配電系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓的原因以及在電氣設(shè)備中安裝電壓保護器和電壓保護裝置以達(dá)到保護供配電系統(tǒng)的目的的科學(xué)性和可行性，通過分析找出合理科學(xué)防范過電壓的措施。

一、常見的供配電系統(tǒng)過電壓情況

供配電系統(tǒng)是由變壓器、電動機以及電纜和斷路器等幾部分設(shè)備共同組成的。在日常的工作中，這些設(shè)備都會受到各種因素的影響，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生過電壓現(xiàn)象，為了更好地保障電氣設(shè)備和保護裝置的安全運行，必須要了解過電壓會產(chǎn)生的原因以及機理和量值范圍等情況，下文將對10kV電腦中的各種過電壓的狀況分別說明。

（一）雷電過電壓

雷電過電壓是由直擊雷或者感應(yīng)雷在云層中進行活動引起的，因此又被稱為外部過電壓或者大氣過電壓，室外配電裝置的總變電所以及總變電所引入和引出的外部架空線路可能會遭受到直接雷擊，國內(nèi)的實際監(jiān)測結(jié)果表明，對于電纜的進出線、變電所和涉及的電氣設(shè)備一般承受雷電侵入波過電壓的沖擊時，雷電侵入波過電壓的持續(xù)時間是十分短暫的，只有十幾微秒，其主要表現(xiàn)形式是相對過電壓，其峰值電壓在額定電壓的6倍以上。

（二）操作過電壓

操作過電壓是在對真空斷路器進行操作的時候，由于節(jié)流重燃和三相同時短路開斷而造成的一類過電壓，其主要表現(xiàn)形式為相間過電壓。一般情況下，電壓的最高值可以高達(dá)3.5倍，電流的最寬波形不會高于5ms，電壓相較于其他過電壓而言比較低，操作過電壓是不會對設(shè)備造成損害的。

（三）電弧接地過電壓

電弧接地過電壓會對個人的人身安全和國家的財產(chǎn)造成巨大的危害和損失，主要是因為中性點不接地系統(tǒng)中產(chǎn)生了單相間歇性的“熄弧—重燃”接地，造成了高頻振蕩，在這個過程中形成了間歇性弧光接地過電壓。這種過電壓的持續(xù)時間可以達(dá)到十幾分鐘甚至更久，其波及范圍非常廣，如果整個電網(wǎng)中存在絕緣的弱點，會在這個絕緣弱點處造成絕緣閃絡(luò)或者直接擊穿。

（四）配變高壓繞組接地諧振過電壓

造成配變高壓繞組接地諧振過電壓的原因是電力系統(tǒng)中的三相配電變壓器由于扎間短路引起觸地或者高壓保險同時融斷導(dǎo)致諧振產(chǎn)生過電壓。一些實驗數(shù)據(jù)表明，高壓繞組出現(xiàn)一點接地的情況時，其電壓會高達(dá)2.38倍，當(dāng)出現(xiàn)兩點接地的情況時，其電壓會高達(dá)2.73倍，這種情況會持續(xù)幾分鐘甚至十幾分鐘直到故障變壓器徹底損壞，脫離系統(tǒng)。如果接地的高壓保險同時熔化，那么過電壓可能達(dá)到3.1～3.36倍，其持續(xù)時間一般是小于2秒的。

（五）PT鐵心飽和諧振過電壓

會產(chǎn)生PT鐵心飽和諧振過電壓的主要原因有三個：高次諧波、工頻諧振、低分次諧波諧振。高次諧波會在空母線被投入時產(chǎn)生，空母線投入運行時過電壓幅值增大，導(dǎo)致母線與主變壓器絕緣閃絡(luò)、PT燒壞。在電網(wǎng)運行時容易發(fā)生工頻諧振和低分次諧波共振，在這種情況下，電壓通常會增加2～3倍，其特性將會非常不穩(wěn)定，過電壓會發(fā)生幾分鐘至十幾分鐘，直到PT或高壓保險燒壞，系統(tǒng)才能夠恢復(fù)如常。

（六）單相接地時切斷空載線路過電壓

單相接地時切斷空載線路過電壓產(chǎn)生的主要原因是電網(wǎng)發(fā)生單相金屬接地故障，導(dǎo)致切斷空載線路產(chǎn)生5倍以上的過電壓，這種高電壓會直接引起避雷器的爆炸和相關(guān)設(shè)備的損壞，所以危害非常大。

二、具體的防范措施

（一）防范過電壓的基本原則

為了確保電氣設(shè)備和維護保護器能夠正常安全地運行，必須做好過電壓的防范工作，為了避免過電壓造成危害，要對過電壓產(chǎn)生的原因和持續(xù)的時間以及量值范圍等問題進行研究，從而更具有針對性地采取相應(yīng)的防護措施，對于電氣設(shè)備中的保護器，必須具備三個要素：第一個要素就是全面性，對電氣設(shè)備和保護器的保護，要考慮到系統(tǒng)當(dāng)中可能會出現(xiàn)的各種過電壓，而不能僅僅只針對某一種特殊的情況，比如MOA就在發(fā)生相間過電壓時無法發(fā)揮有效的保護作用，MOA僅僅只針對限制系統(tǒng)相對的過電壓發(fā)揮保護作用。第二個要素則是對絕緣配合的可靠性，在設(shè)計對電氣系統(tǒng)的相關(guān)的保護裝置的參數(shù)時，首先要考慮到的問題就是設(shè)備的絕緣耐受能力對電氣系統(tǒng)進行保護的主要目的就是為了保護設(shè)備的絕緣體的安全。第三個要素則是需要保障保護裝置的安全，在對電氣設(shè)備安裝保護裝置時，必須要確保保護裝置能夠安全運行，否則，保護裝置就會對電氣系統(tǒng)造成危害，埋下事故隱患，從而帶來更多的安全隱患。

（二）雷電過電壓防護策略

安裝避雷網(wǎng)和避雷針是國內(nèi)經(jīng)常使用的直擊雷過電壓的防護措施，國內(nèi)常常運用MOA系統(tǒng)作為雷電侵入波過電壓的保護措施。

（三）瞬時內(nèi)部過電壓防護策略

考慮到內(nèi)部過電壓的及時性，目前國內(nèi)常用的組合式避雷器一般采用四星連接方式，有四個保護單元，它們成雙組合，形成六個完整的避雷器。這六個避雷器分別對三相接地過電壓和相間過電壓進行保護，大大提高了保護的全面性。目前，組合式避雷器的應(yīng)用有效地提高了保護的全面性，同時，和電動機絕緣水平配合的可靠性也有了很大的提高。目前，采用這種四星連接組合避雷器的主要原因是真空斷路器近年來在我國建筑行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的不斷推進，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴大。這些發(fā)展導(dǎo)致電力系統(tǒng)過電壓危害越來越嚴(yán)重，內(nèi)部過電壓一般為相間過電壓。然而，三星連接的MOA很難保護這種過電壓。

（四）弧光接地電壓和諧振過電壓防護策略

目前，過電壓的保護有兩種策略，一是限制過電壓，另一種是容忍過電壓，這是兩個完全不同的概念，也就是說，我們使用一些設(shè)備來限制過電壓，或設(shè)備本身可以接受一些過電壓和產(chǎn)生耐受過電壓。但是弧光接地過電壓和諧振過電壓的作用時間具有不確定性，所以要求避雷器可以完全耐受，是一種不經(jīng)濟也不合理的要求。因此，對于目前這種過電壓，最合適的辦法是利用中性點通過消弧線圈運行方式，或安裝XHB消弧線圈裝置。

采用中性點經(jīng)消弧線圈保護電氣系統(tǒng)，是由于電感和電容電流上相差180度，所以中性點經(jīng)消弧線圈可以對接地電容電流進行補償，但這種方法存在一些明顯的缺陷，在實踐中，高頻下，電網(wǎng)電容和消弧線圈電感的頻率特性是各不相同的，因此無法補償，也很難調(diào)諧。如果采用過補償?shù)姆椒梢越档椭行渣c位移電壓，但這樣會導(dǎo)致線路接地電流過大，電弧無法熄滅，電弧過電壓繼續(xù)存在。因此，這種方法不能完全消除核光接地過電壓，只能適當(dāng)補償電容電流。

XHP消弧器采用計算機集中監(jiān)控，然后用氧化鋅非線性電阻元件與消弧電阻結(jié)合線電壓進行消弧。這種組合線壓消弧裝置對系統(tǒng)的運行方式不會造成改變，但這種保護方式可以快速抑制弧線接地過電壓，直接消除諧振過電壓。同時，這種保護裝置可以將系統(tǒng)中的所有過電壓限制到很低的水平，所以一般來說，這種保護裝置比消弧線圈具有更好的限壓能力。對于作用時間長、對系統(tǒng)和設(shè)備安全構(gòu)成巨大威脅的電弧接地過電壓，應(yīng)多采用XHP。更重要的是，由于組合保護裝置本身的工作原理與電網(wǎng)對地的電容電流無關(guān)，因此保護性能不會因電網(wǎng)的運行方式而發(fā)生變化。

當(dāng)然，如果想要更好地加強整個電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性，那么也可以在電氣系統(tǒng)當(dāng)中同時裝配消弧線圈和XHP，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地時，先用消弧線圈進行補償。如果補償后接地電流小，電弧會自行熄滅，保護程序結(jié)束。但如果消弧線圈效果不顯著，則需要用XHB來限制弧線接地過電壓。

綜上所述，面對不同的過電壓，應(yīng)當(dāng)運用不同的防護手段，只有采取更有針對性的保護措施，才能更有效地保障電氣系統(tǒng)的安全，這對供電系統(tǒng)來說是非常重要的。

參考文獻：

白傳濤，李紅兵.淺析10kV電網(wǎng)中供配電系統(tǒng)過電壓分析與防范措施[J].電子制作，2013（16）：221.

◎編輯 鄭曉燕