35 kV供電系統中過電壓現象的預防分析

王建榮

（陜西省地方電力（集團）有限公司渭南供電分公司，陜西 渭南 714000）

1 供電系統中過電壓的種類、成因及其危害

1.1 過電壓的種類

所謂的過電壓具體是指在導線或相對地之間出現的峰值高于電工設備最高電壓峰值的電壓。而供電系統當中的過電壓則是指在某些特定的條件下，出現的高于工作電壓的異常電壓升高，實質上過電壓屬于一種電磁擾動現象。供電系統中電工設備的絕緣除了需要長期承受著正常的工作電壓之外，還必須能夠承受一定幅值的過電壓，這樣才可以確保系統的安全、可靠、穩定運行。供電系統中的過電壓主要分為以下2種類型，即外過電壓和內過電壓：（1）外過電壓。一般由雷電和大氣等外在自然因素引起的過電壓稱為外過電壓。其中雷擊過電壓又被稱為瞬態過電壓，這是因為其持續的時間僅有十幾到幾十微秒，具有脈沖的特性。雷擊過電壓大體上可分為直擊雷和感應雷2種形式。其中直擊雷過電壓是指雷電閃絡直接擊中供電系統當中電工設備的導電部分所產生的過電壓。在35 kV供電系統當中，輸電線路是最容易遭受雷擊的，這也是引發線路故障最主要的原因。（2）內過電壓。具體是指由于供電系統內部運行方式發生改變而引起的過電壓。內過電壓常見的形式有以下2種：1）諧振過電壓。這種形式的過電壓是系統中電感以及電容等儲能元器件在某些特定接線方式下與電源頻率發生諧振而產生的。大致可分為3種，即：線性諧振、鐵磁諧振和參量諧振。2）操作過電壓。通常情況下，為了確保供電系統能夠正常運行，或是因為需要對某些故障位置進行切除，系統便經常會借助斷路器操作來改變當前的運行方式。可將供電系統看作一個復雜電路，而斷路器動作時，會使系統從一種電磁狀態轉變成另一種電磁狀態，在這一過程中，會形成電磁振蕩，當電磁能與靜電能這兩者在電感或電容元器件當中以固有的頻率進行轉化時，便會使電工設備中出現過電壓，即操作過電壓。

1.2 過電壓的成因及危害

現階段，在我國大部分配電網中采用中性點不接地方式運行，僅有少部分配電網仍然采用老式的消弧線圈接地。對電網運行的實際狀況進行調查表明，在中性點不接地系統中，受電壓互感器鐵心飽和的影響，易引起較多的鐵磁諧振過電壓，盡管當前對諧振過電壓采取了不少的限制措施，但是仍然不能從根本上解決這一問題，致使熔絲熔斷、TV燒毀等現象頻頻發生。此外，由于中性點不接地運行方式屬于單相接地，可維持在2 h內不發生用戶斷電現象。然而，隨著中低壓電網的不斷擴建，使其線路回路數大幅度增加，線路長度也不斷增長，從而導致中低壓電網對地電容電流出現猛增，當單相接地時易產生電弧電壓，通常高于相電壓的3～5倍。在這種情況下，電網中絕緣薄弱的地方容易受放電的影響而被擊穿，嚴重時會引發相間短路，進而導致設備損壞事故，造成停電。采用老式消弧線圈接地的配電網，由于其系統結構的限制，僅能夠在過補償狀態下運行，而不能在全補償狀態下運行，因而使得脫諧度整定約在20%～30%之間，嚴重削弱了對弧光過電壓的抑制效果。

2 35 kV供電系統中過電壓現象的預防措施

2.1 防治內過電壓的有效措施

（1）操作過電壓防治。抑制系統操作過電壓的方法主要有以下幾種：1）外接非線性電阻吸收裝置。通過大量的實際應用表明，該方法在抑制操作過電壓方面的效果非常良好。氧化鋅壓敏電阻是諸多非線性電阻吸收裝置中抑制操作過電壓效果最好的一種，適用于35 kV供電系統當中，該裝置具有半導體穩壓管的功效，在工頻電壓下能夠呈現出較大的阻值。該裝置具有動作快、壽命長、便于維護等優點，在投入運行前及運行過程中，應當做好高壓調試工作，這有利于裝置達到最佳的運行狀態。2）“老練”處理法。這是電力系統中抑制操作過電壓最為常用的一種方法，具體包括直流老練法、觸頭低壓大電流和高壓小電流等等，通過以上幾種方法能夠使操作過電壓獲得有效地抑制。此外，由于滅弧室的潔凈度及真空度對觸頭過電壓的倍數影響較大，為此，可通過提高滅弧室的潔凈度和真空度來達到降低操作過電壓的目的。（2）諧振過電壓防治。1）由于消弧線圈調諧中配置了微機控制器，使其具備了自動控制功能，所以在調諧時不需要將消弧線圈退出運行，這在一定程度上彌補了老式線圈的缺陷。為了預防35 kV供電系統中過電壓現象，應當對老式消弧線圈進行改造，建議廣泛使用新型自動調諧消弧線圈。自動調諧接地補償裝置可將變柜改造為變兼接地變柜，通過裝設電流互感器二組、開關二組、二次保護等裝置，使消弧線圈成為戶外布置。應選用帶有載調匝調節方式，且調節檔位超過9個以上的消弧線圈，力求實現最小脫諧度。在供電系統正常運行的狀態下采用過補償方式，確保消弧線圈接地回路可以將阻尼電阻串接起來，以達到限制中性點電壓的目的，確保脫諧度及中性點的位移電壓能夠控制在最佳范圍內，即一般情況下脫諧度要小于5%，消弧線圈位移電壓控制在相電壓的15%以內，故障點殘流小于5 A。可采取自動或手動的方式，對消弧線圈的分接頭進行調整，確保其可以處于最佳的工作點運行，控制殘流以達到可靠熄弧的目的，實現遠程遙信、遙控、遙調、遙測的功能，提高變電站監管的自動化水平。2）目前，對預防因電壓互感器鐵心飽和而導致鐵磁諧振過電壓現象的方式多種多樣，雖然起到了一定的預防效果，但是卻沒有達到理想的預防成效。在部分供電系統中配置了消諧器，然而由于鐵磁諧振過電壓具有復雜性和非線性量的特征，所以致使輸電線路仍然會產生諧振過電壓。當35 kV供電系統中擁有多臺TV時，僅僅將消諧器裝置在某一臺TV上是無法消除諧振過電壓現象的，必須在保證整個系統參數發生較大變動的情況下，才能達到抑制諧振過電壓的目的。若中性點上沒有接入消弧線圈，在單項接地產生間歇性電弧的過程中，由于電容會出現多次充放電現象，易導致熔絲熔斷或TV燒毀的事故發生。接入消弧線圈之后，電容能夠實現對小感抗放電，極大地減小TV中的電流，有效保護輸電線路的安全運行。

2.2 防治外過電壓的有效措施

（1）架設避雷線。由于35 kV線路的絕緣效果不佳，所以一般不需要在全線架設避雷線。當雷電直擊變電站附近的導線時，在導線產生的侵入波會傳入變電站，對變電站內的供電設備造成威脅。因此，必須對靠近變電站一段的輸電線架設避雷線，一般進線為1～2 m，以降低雷電繞擊和反擊的概率。為了提升避雷線的屏蔽效果，應當將避雷線對外側導線的保護角調小一些，從而有利于減少繞擊率。（2）安裝自動重合閘。線路絕緣自身具備自恢復性能，通常情況下，遭受雷擊所產生的絕緣閃絡現象會在線路跳閘后自動消除，所以對35 kV供電系統安裝自動重合閘裝置有利于減少輸電線路的雷擊事故，進而降低雷擊跳閘后造成的線路停電率。（3）中性點非有效接地方式。當前，我國35 kV供電系統通常使用老式的消弧線圈接地和中性點不接地方式，有利于自動消除雷擊引起的大多數單相接地故障，確保線路絕緣不產生閃絡現象，從而防止建弧，提高抗雷擊性能。為了充分發揮該性能，應當確保輸電鐵塔和鋼筋混凝土可靠接地，使接地電阻不受任何因素的影響。（4）增強線路絕緣。對于個別跨越大區域的輸電線路而言，其落雷率會明顯增高，所以應當采取瓷橫擔等沖擊閃絡電壓較高的絕緣子或增加絕緣子的片數來達到遏制工頻電弧產生的目的，從而減少雷擊跳閘事故的發生。

3 結語

總而言之，供電系統是一個非常復雜且規模龐大的系統，在其運行過程中，各種內在因素和外在因素都有可能對系統安全、可靠、穩定運行造成影響，特別是過電壓這種現象更是非常普遍。想要進一步預防35 kV供電系統中過電壓的產生，就必須采取有針對性的措施來進行防治，只有這樣，才能進一步確保供電系統運行的安全性，從而減少故障的發生幾率，這有助于提高供電可靠性。

［1］雷楚堅.淺談電力系統串聯諧振過電壓的危害及抑制措施.科技資訊，2010（25）

［2］黎雪英.35 kV供電系統諧振過電壓的防治.銅業工程，2009（4）

［3］阮綿暉，李升，王彥文.低壓供電系統瞬態過電壓及其防治.華北電力技術，2002（7）