220kV變電站運行操作過程中的過電壓分析與防范

薄艷平 劉 生

（巴彥淖爾電業(yè)局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾014400）

0 引言

220kV變電站按照電壓高低有220kV、110kV、35kV、10kV等4個等級。在現(xiàn)代城市電網(wǎng)建設(shè)中，220kV變電站已被廣泛應(yīng)用，以保障城市的供電。在220kV變電站運行中，經(jīng)常出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓突然升高或者電位差升高，引起電壓不穩(wěn)。過電壓包括諧振過電壓和操作過電壓，這是在220kV變電站中經(jīng)常出現(xiàn)的過電壓現(xiàn)象，對工作人員及設(shè)備造成很大的威脅。因此，要對過電壓的安全防范措施進(jìn)行研究，以保證變電站的安全可靠運行。

1 空載變壓器操作過電壓

1.1 原理分析

配電裝置經(jīng)濟運行是指在充分保障配電裝置安全運行的基礎(chǔ)上，通過對變壓器進(jìn)行合理化配置，對變壓器運行方式進(jìn)行優(yōu)化，以及對變壓器的伏在裝飾進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)最大限度地降低變壓器的電能損耗。變壓器經(jīng)濟運行的目標(biāo)就是最大程度上降低變壓器的綜合功率損耗，即降低變壓器運行中的有功功率損耗和無功功率損耗。保障變壓器經(jīng)濟運行的基本要求有：合理選擇變壓器組合的臺數(shù)和容量；對變壓器綜合功率損耗的經(jīng)濟運行方式進(jìn)行優(yōu)化組合；對變壓器的負(fù)載進(jìn)行合理調(diào)整；使變壓器在綜合功率損耗最低的區(qū)間運行。

變壓器的空載運行是指變壓器的一次繞組接入電源而二次繞組開路的工作狀態(tài)。空載電流是指在變壓器空載運行狀態(tài)下一次繞組接通電源后所產(chǎn)生的電流，這種電流通常又稱為勵磁電流。如果空載變壓器被切除，在電流很小的情況下，斷路器就會因為游離作用而發(fā)生截流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又稱為熄弧現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生熄弧現(xiàn)象時，變壓器有可能會出現(xiàn)過電壓狀況。

1.2 防范措施

變壓器運行中經(jīng)常發(fā)生截流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也是不可避免的，在斷路器影響下通常會產(chǎn)生過電壓。在理論上，可以通過減小空載電流、減小變壓器的繞組電流和增加變壓器的電容來減少過電壓的發(fā)生。

1.2.1 改善鐵心

空載電流主要是由鐵損電流和磁化電流組成的，所以在實踐中，通過改善設(shè)備的鐵心可以使空載電流發(fā)生變化。磁化電流會對磁通產(chǎn)生影響，而鐵損電流是因為鐵心的損耗造成的，故而變壓器的鐵心是對空載電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點所在。在實踐中為了減少空載電流的發(fā)生，可以采取選用優(yōu)質(zhì)鐵心或?qū)﹁F心結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善的方法，如用冷軋晶粒來替代硅鋼片等。另外，對變壓器進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的日常檢修也是十分必要的。

1.2.2 使用糾結(jié)式繞組

220kV變壓器一般采用芯片變壓器，通過采用糾結(jié)式繞組的方式提升變壓器的容量。這主要是因為在糾結(jié)式繞組上通過在變壓器的線匝之間插入繞組的另一線匝，就會增加線組的電容，線匝之間的電位差也會隨之增加，當(dāng)產(chǎn)生過電壓時，在各個線匝之間就會對電壓進(jìn)行平均分配。

1.2.3 使用關(guān)聯(lián)電阻開關(guān)

在變壓器發(fā)生截流時，會將磁場轉(zhuǎn)化為電能，此時電容容量就會增加，這時如果采用關(guān)聯(lián)電阻開關(guān)，就會使磁場的能量得以釋放。在截流發(fā)生以后將開關(guān)關(guān)掉，電勢將會在電感作用下形成電流，將磁場的能量進(jìn)行不斷地弱化。

2 母線系統(tǒng)諧振過電壓的分析與防范

2.1 原理分析

鐵磁諧振是由于變壓器和互感器等上面存在著鐵磁電感而產(chǎn)生。當(dāng)進(jìn)行分合閘或暫態(tài)操作方式時，會導(dǎo)致鐵心發(fā)生變化，而鐵心達(dá)到飽和時就會引起諧振。鐵磁電感的強弱程度主要取決于鐵心出現(xiàn)飽和的程度，這屬于非線性，而鐵心出現(xiàn)的飽和程度在一定程度上又取決于電壓值的變化，三相繞組位置的電壓幅度值越高，鐵心就越容易達(dá)到飽和程度。處于母線系統(tǒng)中的鐵磁諧振主要包括并聯(lián)和串聯(lián)的鐵磁諧振，并聯(lián)的鐵磁諧振發(fā)生在小電流性質(zhì)的接地系統(tǒng)中，而串聯(lián)的鐵磁諧振則發(fā)生在大電流的接地系統(tǒng)中。在220kV變電站中，主要包括并聯(lián)和串聯(lián)鐵磁諧振性質(zhì)的接地系統(tǒng)方式，如果電感的變化范圍出現(xiàn)擴大現(xiàn)象，就會導(dǎo)致并聯(lián)和串聯(lián)的鐵磁諧振產(chǎn)生過電壓，此時過電壓上的互感器就會發(fā)生聲音上的異常，同時出現(xiàn)電壓升高的現(xiàn)象，如果異常現(xiàn)象較為嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的絕緣處擊穿，從而導(dǎo)致母線的電壓互感器燒毀。

2.2 防范措施

母線系統(tǒng)出現(xiàn)鐵磁諧振的原因主要有：電壓互感器的質(zhì)量問題，導(dǎo)致伏安特性不夠穩(wěn)定從而引發(fā)鐵心飽和度過強；開關(guān)的檢修質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)等。對于母線系統(tǒng)的鐵磁諧振，應(yīng)當(dāng)從以下幾個方面采取相應(yīng)的防范措施，以提高安全度。

（1）采取倒閘操作方式。首先應(yīng)當(dāng)注意相關(guān)的操作步驟，如果出現(xiàn)母線不正常運行的情況，則要將母線的隔離開關(guān)立即關(guān)閉，然后將母線的斷路器關(guān)閉，當(dāng)對母線進(jìn)行送電時，則要將上述順序顛倒過來。如果電源提供母線電壓，則要將斷路器完全閉合，然后進(jìn)行升壓操作，待升壓工作完成后，再將電壓降到0的位置，然后將斷路器關(guān)閉。當(dāng)母線出現(xiàn)一些情況，導(dǎo)致差動保護(hù)作用時，首先要將斷路器位置的隔開開關(guān)關(guān)閉，并采取相關(guān)的處理措施；其次是要改變相關(guān)的運行方式，在母線位置進(jìn)行倒閘操作過程中，如果出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象，需要改變接線方式，并先將諧振的回路電源切斷，以免諧振繼續(xù)發(fā)生。需要注意的是，運行方式的改變不能超出一定范圍，以免在諧振區(qū)內(nèi)電容和空載變壓器增加，導(dǎo)致系統(tǒng)中電容值的增加。

（2）進(jìn)行技術(shù)設(shè)備的檢測、改進(jìn)和維修。一般當(dāng)電容大于900pF時，會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。因此，首先應(yīng)對電容和勵磁的特性進(jìn)行準(zhǔn)確的檢查和計算，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值對諧振方位進(jìn)行判斷，并通過不斷實踐，將斷路器的電容控制在450pF以下，從而避免產(chǎn)生鐵磁諧振。其次是要對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)處理，采用質(zhì)量較好、伏安特性較高、勵磁感抗高的電容式電壓互感器可以有效避免鐵磁諧振情況的發(fā)生。最后，還應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行定期維修，以不斷提高斷路器的性能，并在變壓器上設(shè)置相關(guān)的避雷器保護(hù)裝置，以有效避免產(chǎn)生過電壓。

3 需注意的問題

220kV變電站能夠滿足城區(qū)的電能使用需求，并包括了幾種不同的電壓等級，其中性點不接地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)是供電的重要方式，因此應(yīng)當(dāng)注重這幾種操作形式。在對設(shè)備進(jìn)行操作的過程中，應(yīng)當(dāng)盡量減少過電壓的發(fā)生，從而降低操作性過電壓或諧振過電壓對設(shè)備及人身安全的威脅。對于220kV變電站的操作，最可能引起過電壓的是空載母線和投切空載變壓器，因此，在系統(tǒng)運行過程中，應(yīng)當(dāng)注重對儲能元件各項參數(shù)的檢查和核對，并采取相應(yīng)的防范措施以減少過電壓的發(fā)生。

4 結(jié)語

總之，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷更新，對電力的相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的要求。為了更好地滿足我國城區(qū)用戶的用電需求，必須不斷對用電裝置進(jìn)行性能測試，并不斷改進(jìn)繼電保護(hù)裝置，以確保繼電保護(hù)的有效性，減少過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。同時，還應(yīng)當(dāng)對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行及時的檢修和更換，從而保證變電站的可靠、安全運行。

［1］汪偉，汲勝昌，李彥明，等.電壓互感器飽和引起鐵磁諧振過電壓的定性分析與仿真驗證［J］.變壓器，2009（2）

［2］王接旭，侯建軍，丁曉鋒.弧光接地過電壓引起設(shè)備燒毀事故原因分析［J］.電氣技術(shù)，2010（1）

［3］韓來文，劉曉蒂，姜明瑞.220kV變電站二次及弱電系統(tǒng)過電壓PSCAD／EMTDC仿真研究［J］.黑龍江電力，2010（5）

［4］胥望，肖輝耀，廖菁.220kV變電站運行操作過程中的過電壓分析與防范［J］.現(xiàn)代電力，2010（2）

［5］劉玉喜，孫洪斌.真空斷路器中氧化鋅避雷器限制高壓電動機操作過電壓效果淺析［J］.安徽電力職工大學(xué)學(xué)報，2002（1）