220 kV變電站的過電壓問題分析與防范

陜西高智電力咨詢有限公司 翟羽羽

220 kV變電站的過電壓問題分析與防范

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隨著經濟的發展，我國的電網技術也迅速發展，220 kV變電站已成為城市供電的主流供電站。但是，在實際操作運行中，過電壓現象時有發生，給供電系統帶來了嚴重的安全隱患。 在220 kV變電站的實際運行中，操作過電壓和諧振過電壓是遇到頻率最高的兩種過電壓現象，它們會對設備甚至是人體產生很大危害。本文，筆者主要分析了空載變壓器操作過電壓和母線系統諧振過電壓產生的原因，并提出了相應的防范措施，以期對同行有所參考。

一、空載變壓器操作過電壓

變壓器的空載運行是指變壓器一次繞組接電源、二次繞組開路的工作狀況。在變壓器空載運行時，一次繞組接上交流電壓后所產生的電流叫做空載電流，也稱勵磁電流。在阻斷空載變壓器時，由于斷路器的截斷作用，空載電流很小，此時開關的游離作用很強，當有電流通過時，線路中很可能會發生強制熄弧的現象，這種情況叫做截流。通常，截流會產生過電壓現象。為防止這一現象的發生，可采取如下措施。

1.減小空載電流。空載電流由磁化電流和鐵損電流組成，鐵損電流是空載電流的關鍵所在，其大小直接影響空載電流的大小。鐵芯會產生電流磁通，從而影響鐵損電流，因此，減小空載電流的最優措施就是改善內部鐵芯。在實際工作中，選用高質量的鐵芯，改善鐵芯的結構，可以有效地降低鐵損電流，從而減小變壓器的空載電流。變電站應安排專業人員，對變壓器鐵芯進行定期檢查，確保變壓器鐵芯性能的穩定。

2.改變變壓器繞組方式。變壓器繞組通常采用糾結式繞組。對于在電氣上相互靠在一起的線匝，在這些線匝之間插入另一種線匝的方式叫做糾結式繞組。采用糾結式繞組的方式大大增加了繞組間的電容，從而增大了相鄰線匝間的電位差，使得變壓器的寄生電容增加。當有過電壓產生時，過電壓可以很均勻的分布在各個線匝之間，從而降低了過電壓對電路的影響。

3.改變開關的電路結構。不同的開關電路結構對于截流電流的影響也不相同。對于整個電路來說，在開關截流的瞬間，電路中會產生磁場能，磁場能會轉化為電能，并對電容充電。此時，如果開關并聯了電阻，那么磁場的能量就能被釋放，而電容的充電也就不會發生。在變壓器的運行過程中，要運行的電壓不能超過額定電壓的105%。因此，即使在額定電壓下工作，切除變壓器空載后，電路中也會產生過電壓，當開關并聯電阻后后，大大降低了過電壓的持續時間，使得過電壓產生的能量相對較小，大大降低了其對整個系統的影響。

二、母線系統諧振過電壓

在變電站的運行過程中，鐵磁諧振也會產生過電壓。在整個系統中，變壓器電壓互感器在分合閘時，鐵芯達到了飽和狀態，滿足了諧振條件，在一定的條件下，母線系統就會產生諧振過電壓。鐵磁電感是非線性的，在特定條件下，鐵芯的飽和程度具有一定的規律性，隨著電壓值的增加，鐵芯飽和電感會逐漸變小。在變電站的實際運行中，接線方式錯誤、電壓互感器伏安特性較差使得鐵芯過早飽和、開關質量不合格、檢查方式不當等因素，都可能產生母線系統鐵磁諧振。防止母線系統諧振過電壓產生的常有措施如下。

1.嚴格倒閘操作程序，嚴防倒閘錯誤操作。產生鐵磁諧振的關鍵在于倒閘的操作，所以，在倒閘操作階段，在設備和技術人員方面都要加強防范措施。對于倒閘的步驟要嚴格把關，具體來說，當母線停電時， 先拉母線電壓互感器隔離開關，再拉母聯斷路器；送電時， 操作順序相反；電源向母線升壓時， 先合斷路器再升壓， 升壓結束停電時， 應先將電壓降到0，再拉斷路器，當母線差動保護動作跳閘導致母線停電時， 要及時拉開母聯斷路器的隔離開關或母線電壓互感器的隔離開關。只有嚴格按照倒閘的操作步驟進行，才能有效防止鐵磁諧振的發生，從而避免母線系統諧振過電壓的產生。

2.嚴格控制變電站變電設備的質量。變電設備質量的好壞直接影響鐵磁諧振的產生與否。變電站應該從變電設備方面入手，避免鐵磁諧振的產生。具體來說，要提高變電設備的質量，掌握系統的相關參數，如系統的電容特征參數、電壓互感器的勵磁特性等。通過對這些設備性能的控制，有效防范過電壓的產生。

3.提升變電站的整體技術水平。提升技術人員的專業水平，通過相關測量計算，技術人員要能夠判斷變電設備是否在諧振范圍內。此外，采用新的技術也可以防止過電壓的產生，如采用互感式電壓互感器，可以有效防止斷路器斷口電容產生鐵磁諧振。

三、結論

目前，220 kV變電站已經成為城市供電不可或缺的一部分，已成為城市供電的重要樞紐。無論是大電流接地系統，還是小電流接地系統，都要根據實際情況，采取合適的過電壓防范措施，確保變電站的穩定運行。