供配電系統中過電壓保護

劉井軍

山東兗礦輕合金有限公司，山東濟寧 273515

1 過電壓與電力設備絕緣水平

為保證電力的正常連續運行，電氣設備的絕緣抗電強度應與電網可能出現的過電壓相匹配，從而適應電網的運行條件。電氣設備絕緣可分為自恢復絕緣和非自恢復絕緣兩大類。其中自恢復絕緣是指在受到施加擊穿電壓后引起擊穿，施加電壓中斷后即可完全恢復的其絕緣性能的絕緣。高壓設備的外絕緣以及由某些氣體、液體構成的內絕緣均屬于自恢復絕緣。非自恢復絕緣是指受到施加擊穿電壓后引起擊穿，施加電壓中斷后喪失或部分喪失其絕緣性能的絕緣。通常是由固體介質、部分液體介質構成的設備絕緣，大多數內絕緣屬于非自恢復絕緣。在電力系統中，表明設備絕緣情況的試驗電壓值主要有：1）短時工頻耐受電壓值；2）雷電沖擊耐受電壓值；3）操作沖擊耐受電壓值；4）長時間工頻試驗電壓值。上述電力設備的耐受電壓，其絕緣水平應符合GB311.1-83標準規定的設備基準絕緣水平。當電力網可能出現超過其絕緣水平所能承受的過電壓時，必須設置相應保護措施，以限制過電壓。

2 過電壓的分類

2.1 外部過電壓

1）直擊雷過電壓。雷云直接對電力設備或電力線路放電引起電電網短時電壓升高；2）感應雷過電壓。電力線路附近發生雷電襲擊，從而在設備和線路上產生靜電感應產生的瞬時過電壓；3）流動波過電壓。電力線路受到雷電直擊或雷電感應，電磁波以光速向電變壓器和電力設備傳遞，從而在變壓器和電力設備上產生過電壓。

2.2 內部過電壓

在電力負荷投入和切除的過程中，電力系統參數隨之發生變化，導致電磁能量的轉化從而造成電壓升高，稱過內部過電壓。內部過電壓一般分為：1）工頻過電壓：電力系統發生故障或負荷突然發生急劇變化等原因，引起短時超過正常工作電壓的工頻電壓升高；2）操作過電壓：因電力操作導致電網參數發生變化而產生電壓升高。電力系統中常見的操作過電壓主要有：開斷空載線路產生過電壓、空載線路的合閘過電壓、開斷電容器組引起的過電壓、開斷空載變壓器過電壓、開斷高壓電動機過電力、振蕩解列過電壓等；3）諧振過電壓：電力網中設備復雜，其用電設備都有電感、電容，從而組成了極為復雜的振蕩電路，正常運行時，不會發生諧振，但受到激勵后，其局部網絡就會產生諧振現象，一個或幾個諧波的幅值急劇升高，從而造成電網某部分過電壓。

3 過電壓的抑制措施

針對供配電過程中，過電壓產生的原因，必須采取適當的過電壓抑制措施，才能保證用電過程中人員和設備安全。

3.1 應用避雷針（器）

避雷針能有效地將雷電流引向自身并安全入地，是保護直擊雷的有效措施。對變壓器等設備一般采用避雷針保護，其保護范圍取決于避雷器高度；針對重要的用電設備，可以采用防雷器進行防雷保護。為了保證防雷效果，防雷針（器）的接地電阻必需要符合技術要求，并依據用電規程，定期對接地電阻進行測量和檢查。同時，設備與接地極之間的距離也需滿足安全用電的相關規定。其中金屬氧化物避雷器，又稱壓敏避雷器。它在結構上沒有火花間隙，由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結而成的壓敏電阻片（閥片）組成。這種避雷器的閥片具有優異的非線性伏安特性，在工頻電壓下，閥片具有極大的電阻，呈絕緣狀態，能迅速有效的阻斷工頻續流，因此無需火花間隙來熄滅工頻電壓引起的電弧；當電壓超過一定值（稱為起動電壓）時，閥片“導通”，呈低阻狀態，將大電流泄入地中；當危險過電壓消失以后，閥片迅速恢復高阻絕緣狀態。因金屬氧化物避雷器具有無間隙、無續流、通流量大、殘壓低、體積小、重量輕等優點，因此得到了較為廣泛的應用。

3.2 加強絕緣

在針對雷電波作用的特性，通過加強供電線路首端及末端部分的絕緣，從而使用電設備和變電設備得以承受起始電壓不均出現的較高匝間電壓。這種方法的過電壓抑制效果有限，當加厚絕緣層時，容易產生散熱困難，匝間電容減小，從而造成匝間電壓梯度增大。一般只在35kV及以下的變壓器中采用。

3.3 增大匝間電容

匝間電容相對于對地電容愈大時，則電壓的起始分布愈均勻，電壓梯度越小，因此增加匝間電容是有效的過電壓保護措施。

3.4 限制諧振過電壓主要措施

1）中性點非直接接地電網，為防止產生鐵磁諧振過電壓，要注意防止以下運行方式：（1）變壓器間帶有電磁式電壓互感器的空母線或空載短路供電；（2）送電線路一相斷線后一端接地、斷路器的非同期動作、熔斷器的非全相熔斷等；

2）中性點直接接地的電網，應盡量避免出現中性點不接地；

3）應采取措施防止變壓器和用電設備因電感參數周期變化引起過電壓，可用快速勵磁自動調節器限制因為電機電感參數的周期性變化而產生的同步自勵過電壓。

3.5 采用滅弧能力強的快速高壓斷路器

在斷路器主觸頭上并聯電阻該并聯電阻約3 000Ω，在并聯電阻上串聯一個輔助觸頭，以減少電弧重燃的次數，控制操作過電壓的倍數。

4 結論

造成供配電系統和用電設備產生過電壓的原因，多種多樣。在實際工作中，對過電壓情況進行全面的分析，針對不同的過電壓情況，采取相應經濟、高效的抑制和保護措施，才能保證用電過程中，用電設備的安全運行和人身安全保障。

[1]王麗主編.供配電技術[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009.