電力系統內部過電壓及防護措施分析

摘 要：電力行業在我國的國民經濟發展中具有非常重要的意義，電力系統的穩定運行對各行各業的發展有著積極的促進作用。但在電力系統正常運行過程中，由于外界因素等導致過電壓的情況時有發生，一旦出現過電壓，則會造成停電事故及設備損壞等情況發生。本文分析了暫態過電壓的類型，并進一步對暫態過電壓的防護措施進行了具體的闡述。

關鍵詞：電力系統；內部過電壓；操作過電壓

前言

電力設備內部過電壓是指在沒有外界因素作用下所出現的過電壓情況。導致內部過電壓的主要因素有二種，一種是設備在長時間運行過程中絕緣發生老化所引起的；另一種是設備運行時短時間內的電壓超過了設備所能承受的最大電壓，從而引起過電壓，使設備發生短路。過電壓的發生對于電網的正常運行帶來了極大的危害，究其電力設備內部過電壓發生的根本原因在于電網中所存在的各種非線性儲能元件，由于其能量不能突變，所以在系統的運行狀態發生改變時，這些元件的工作狀態也需要進行改變，這時磁場和電場則會不斷的發生轉換和振蕩，導致過電壓的發生。因此要想從根本上對電力設備運行時的過電壓進行有效的控制，則需要在這些儲能元件上下功夫，消除其所帶來的振蕩，從而使內部過電壓得以控制。

1 暫態過電壓的類型

1.1 接地故障形成的過電壓

接地故障是電力系統較為常見的故障之一，特別是單相接地故障則發生的次數則更為頻繁，當系統電壓增大時，單相接地故障發生的機率也會隨之增加。

單相接地故障發生的較為頻繁，當發生單相接地時，會導致相電壓增大，盡量這時所產生的正常相的過電壓不是最高的，但避雷器在這時也不具備防護的作用。但在實際操作過程中，當發生單相接地時，會根據當時的過電壓值來對避雷器滅弧電壓進行選擇，在發生單相接地故障時正常相的電壓會是最大工作電壓的1.1倍，所以在此電網的滅弧電壓也會按此值來進行選取。而中性點直接接地系統的避雷器滅弧電壓則選取0.8的正常相電壓。另外，對于超高壓電網發生接地故障時，則需要立即切斷電流，同時還要配以重合閘的方法來及時、有效的切斷故障和采取相應的補救措施。

1.2 負載突變形成的過電壓

在另一種情況下也會形成過電壓，即當電力系統運行過程中出現臨時性故障時，這時需要將一些較大負荷的供電停止，這樣也會導致電壓的升高，產生內部過電壓的情況發生。

（1）發電機在正常運行過程中，其磁鏈是不會發生突變的，所以其會一直保持足夠的輸送功率，而其暫電動勢則是不變的，這樣則會出現相對電壓升高的情況。

（2）發動機在運行時其制動系統及調速器本身所固有的慣性會使其保持一定的轉速，而當發生甩負荷時轉速則會增加，從而使電動機的電動勢及頻率增加。

（3）一旦甩負荷發生在輸電線路長線的末端時，這時末端的電容效應則會使電壓升高，從而產生過電壓的現象發生。

針對于以上情況導致的過電壓，可以在實際操作中采用并聯電抗器、控制空載線路投切及限制長線路電容效應、在電機側應加裝快速消勵磁系統等措施來減少或是避免過電壓的發生。

1.3 諧振過電壓

系統發生諧振的根本原因為電感、電容元件共同組成的回路在工頻或某一頻率下發生了共振。可將其分為非線性諧振和線性諧振兩種，線性諧振雖然過電壓值很高，但諧振的條件范圍較窄，即只有在非全相操作或系統故障時才會出現，如當系統發生單相接地故障且其正序、零序阻抗滿足時才會發生線性諧振。而非線性諧振是由系統中變壓器或互感器等鐵磁元件引發的，且隨著外部電壓的變化而改變，若回路中存在電纜、串聯補償電容器等元件且滿足ωL>1/ωC時才會導致電壓升高從而發生鐵磁諧振，且鐵磁諧振后會發生電流反向，容易引發電機反轉的事故。

系統發生諧振過電壓所持續的時間是與其回路本身特性有關的，有可能僅持續一段時間亦或是穩定的，此時諧振過電壓對系統的影響不大，但若其持續時間較長則可能引發系統一系列的諧振操作，因此必須采取一定的措施破壞諧振條件，如增加電阻、減小電抗或采用消諧器等。

2 暫態過電壓防護措施

2.1 間歇性電弧接地過電壓

間歇性電弧接地過電壓通常發生在中性點不接地的系統中，由于該類系統具有即使發生單相接地也能繼續工作兩小時的特性，因此其中的電弧可能多次發生充入，使線路上的負荷發生多次的重新分配，導致中性點電壓升高，最終發生過電壓。雖然此種過電壓的幅值較小，僅為額定電壓的3.5倍，但由于其持續的時間較長且范圍較大，將對弱絕緣的設備造成嚴重影響，應采取一定的措施加以避免。若電網的中性點接入的是消弧線圈，則此時電感電流補償了中性點的電容電流，減小了重燃的次數及過電發生的概率。

2.2 切小電感性電流電壓

系統中的空載電動機及變壓器即為小電感性負荷，由于斷路器通常按照大電流條件設計滅弧能力，因此其切斷小電流時容易引發電感和電容形成振蕩，此時的對地雜散電容較小，會導致幅值極高的過電壓的出現。由于產生此類過電壓的電流較小，因此常用避雷器進行防治。

2.3 開斷電容性電流過電壓

電容器所產生的電容性電流，所產生的位置多發生在電纜和空載線路上，這主要是由于斷路在開民過程中所引起的重燃現象所引起的系統振蕩，從而引發過電壓。所以當發生這種過電壓時，需要針對于控制斷口電壓上升的幅度來進行，可以在斷路器的斷口處來進行并聯電阻，從而起到阻止過電壓的產生。

3 合空載長線過電壓

在電力系統運行時，對空載線路進行關合操作是比較常進行的，特別是對于超高壓系統，在進行重合閘操作時所產生過電壓，對系統所造成的威脅是十分嚴重的，這也是對電網絕緣水平進行衡量的一個關鍵因素。當進行重合閘操作時，當線路有殘壓時，這時殘壓會與電源電壓相互疊加而加速振蕩的程度，這是過電壓則會達到額定電壓的三位。針對此種情況可采用如下措施加以限制：采用帶合閘電阻的斷路器進行合閘操作；及時消除線路的殘余電壓；采用專門的裝置加以判斷，在斷路器的兩相電壓最低時完成選相合閘操作；使用磁吹型的金屬氧化物避雷器作為專門的后備保護。

4 結束語

隨著經濟的快速發展，電力系統的穩定運行對于經濟的增長有著十分重要的意義。一旦電力系統內部發生過電壓，則對電氣設備的正常運行將會造成嚴重的影響，嚴重時可能導致各種事故的發生，造成嚴重的經濟損失，在電力系統運行時，并不是所有電網結構中的操作電壓都是相同的，所以在實際操作中應該根據電壓等級的不同，來對內部所產生的過電壓進行有效的分析，加以區別，應針對內部的過電壓所產生的原因進行有效的防范和治理，從而保證電力系統的安全運行。

參考文獻

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[2]陳慈萱.過電壓保護原理與運行技術[M].北京：中國電力出版社，2002.