電力系統過電壓的產生原因分析及限制策略

摘要：本文通過介紹過電壓的概念引出其產生的原因，然后通過對其原因的探究得出相應的控制策略，主要論述了過電壓的成因和解決措施。

關鍵詞：諧振；過電壓的產生；原因與措施

一. 電力系統過電壓的概念

通常情況下，電力系統處于正常的工作狀態，系統的運行也正常，此時電氣設備在額定的電壓之下處于絕緣的狀態，而一旦遭遇雷擊或者由于操作不當、儀器發生故障或者參數配置不合理等原因，造成系統中的某區域的的局部電壓升高而超出設備正常的運行范圍稱之為過電壓。這種過電壓一般可以分為內部和大氣這兩種過電壓，前者發生的原因主要是拉閘、合閘的操作，接地或者斷線的事故以及其他的一些不可預料的細節問題，這些小問題可能引起電力系統的狀態突然發生變化從而產生局部過高電壓，造成整體系統的危害，內部過電壓發生的跟本原因還是由于系統內的電磁能集聚和振蕩所引發的。通常將系統內部的過電壓劃分為：暫態的過電壓和操作過電壓。顧名思義，操作過電壓就是由于系統的操作故障或者失誤時所引發的，主要的特點就是隨機性較大。后者的大氣過電壓通常被劃分為感應雷擊、直接雷以及侵入雷電波這三種過電壓，這種過電壓的特點就是持續的時間非常短，但是其沖擊的能力非常強，對系統的傷害也比較大，破壞程度的強弱跟雷電活動的強度有非常緊密的關系，而與設備的電壓等級關系不大，在220KV之下電氣系統的整體絕緣水平主要是由防止大氣的過電壓所決定的。

二. 淺探電力系統過電壓產生的原因以及解決的措施

1.操作過電壓產生的原因以及解決的方案

上面我們提到了內部過電壓中操作過電壓具有很大的隨機性，這種情況的過電壓在最糟糕的情況下其倍數相對較高，330Kv以及這之上的超高壓的系統絕緣水平是由操作過電壓決定的，其除了具有隨機性的特點之外，還具有較高的幅值和高頻的振蕩，另外就是衰減較為迅速。這種操作過電壓產生的原因有很多，其中主要的包括了：第一，在將空載電路切除的過程中容易產生過電壓，此時產生的原因主要是由于電弧的重燃和在線路上的殘留的電壓；第二，發生在空載電路合閘上的過電壓主要是由于在合閘的過程中，由于瞬間的暫態中發生了回路上的高頻振蕩；第三，如果電網中的中性點沒有接地，而恰巧單相金屬接地的情況發生了，那么將會使得正常相的電壓達到線電壓。一旦單相接地而且是通過間歇性燃燒的電弧的形式，那么在系統中的正常相和故障相中都會有過電壓的產生，這種情況的過電壓也稱作電弧接地過電壓，這種類型過電壓的本質就是高頻振蕩。也就是在中星點不接地系統中，當發生一相接地故障時，常出現電弧，由于系統中存在線路電容和電壓互感器電感，及有可能引起線路某一部分的振蕩，當電流經振蕩點或工頻零點時，電弧可能暫時熄滅，之后當事故相上電壓升高后，電弧則可能重燃，這種斷斷續續的、熄滅和重燃交替進行的對地放電，將造成在正常相及事故相上出現過電壓，使系統內的絕緣薄弱部分有可能遭受擊穿放炮。單相接地故障在系統中出現的機會較多，因而引起這種過電壓的可能性是很大的，故應對其危害有足夠的重視。98年前唐鋼的60%電氣放炮事故都是由一相接地故障引起的。第四，在將空載變壓器切除的過程中容易產生過電壓，產生的原因就是當變壓器的空載電流發生突變的時候變壓器的繞組磁場的能量就會全部轉化成電場的能力，從而變壓器就會發生等值電容的充電，導致過電壓的出現。在解決這些情況下的過程中主要采取的措施有：選擇使用滅弧能力更加強的高壓斷路器；在進行斷路工作的時候注意提升動作的同期性；在斷路器的端口進行并聯電阻的加裝；在避雷器的選取上要選擇性能更加優良的；注意將電網中性點的接地運行。

2.諧振過電壓的產生原因以及解決的措施

所謂諧振過電壓就是由于在電網中，由于電容和電感元件的參數進行不恰當的組合，使得諧振得以產生，這種過程中產生的過電壓所具有的特點是倍數較高而且持續的時間要比操作過電壓要長，這種過電壓產生的原因有很多，主要包括：線性的、鐵磁的和參數的三類諧振過電壓，第一，線性的諧振過電壓中，主要是由于諧振回路是由輸電線路電感或者變壓器漏感等不帶鐵芯的電感元件構成抑或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件和存在系統之中的電容元件構成。第二，鐵磁諧振過電壓中，由于在諧振回路中主要由帶有鐵芯的電感元件和系統之中的電容元件所構成，因而帶有鐵芯的電感元件極易出現飽和的現象，從而就使得回路中的電感參數形成非線性的圖像，一旦滿足一些諧振的條件那么就會產生所謂的鐵磁諧振。第三，就是參數諧振過電壓，在這種過電壓發生中，主要是由擁有周期性的電感元件與系統之中的電容元件進行回路的組成，如果參數可以配合那么由于電感元件的發生周期性的變化，就會向諧振系統不斷輸送能量，從而形成諧振過電壓，在解決諧振過電壓的措施中，主要有：首先，如果進行斷路工作時，一定要保證斷路器的同期，以防非全相運行而生成諧振過電壓；其次，可以的話盡量在并聯高壓電抗器的中性點進行小電抗的加裝，從而阻斷非全相在運行過程中工頻電壓的傳遞和串連諧振；最后，就是為了盡量的防止諧振過電壓，要盡量破壞發電機能夠生成自勵磁的條件。

3.工頻過電壓所產生的原因和避免的措施

在工頻過電壓產生的原因中，主要有；第一，這種過電壓主要是長線路的電容效應和電網的運行方式突變所引起的，它的特點就是持續的時間相對較長，但是過電壓的倍數卻不是很高，因而對電氣設備的絕緣威脅性不是很大，但是對于確定遠距離輸電和超高壓的絕緣水平非常重要；第二，由不對稱的短路所引發的工頻過電壓，在單相斷路或者兩相不對稱短路時，非故障相電壓能夠達到比較高的數值；第三，就是甩負荷的瞬間引發的工頻過電壓：其一，在線路中輸送大功率的時候，發電機的電勢要比母線的電壓高，在甩負荷之后，發電機本身的磁性不會發生突變，只能在這段時間內維持大功率輸送的暫態電勢，使得工頻電壓得以升高；其二，在線路末端的斷路器跳閘之后，空載的線路依然是電源在充電，電容效應較為顯著，使得工頻電壓過高；其三，在甩負荷之后發電機的轉速會相應的增加，這使得電勢和頻率升高，因而工頻電壓也就升高了。限制工頻過電壓的措施主要有；首先，并聯高壓電抗器補償空載線路的電容效應；其次，.靜止無功補償器補償空載線路電容效應；再者，變壓器中性點直接接地降低不對稱故障引起的工頻電壓升高；再者，發電機配置性能良好的勵磁調節器或調壓裝置，使發電機甩負荷時抑制容性電流對發電機助磁電樞反應。防止過電壓的產生和發展。最后，發電機配置反應靈敏的調速系統， 甩負荷時限制發電機轉速的上升造成的工頻過電壓。

4.大氣過電壓產生的原因和解決的措施

大氣過電壓又稱為外部過電壓， 包括對設備的直擊雷過電壓和雷擊于設備附近時在設備上感應的過電壓。為防止直擊雷對變電站設備的侵害，變電站裝有避雷針和避雷線。為防止進行波的侵害， 按電壓等級裝閥型避雷器、磁吹避雷器、氧化鋅避雷器和與此配合的進線保護段， 即架空地線、管型避雷器或火花間隙， 在中性點不接地系統中裝消弧線圈， 可減少雷擊跳閘次數。所有防雷設備都裝有可靠的接地裝置。防雷裝置的主要功能是引雷、泄流、限幅、均壓。過電壓可能引起電氣設備絕緣弱點的閃絡及電氣絕緣的損壞甚至燒毀。在超高壓系統中， 內部過電壓是反映絕緣水平的主要因素之一， 因此了解過電壓產生的原因采取相應限制過電壓措施對電力系統運行及檢修人員是十分必要的。

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