消除過電壓對電氣二次回路影響的措施分析

摘要：電力系統中的各種電氣設備在運行中承受各種各樣的過電壓，本文從理論出發，分析了過電壓的不同類型及作用機理，并針對其不同類型提出了一系列的消除過電壓對電氣二次回路影響的措施，為使電力系統正常工作，保證電力系統安全生產提供了理論依據和改進措施。

關鍵詞：過電壓 二次回路 電磁干擾

1、引言

隨著我國經濟的快速發展，我國的電力系統也產生了巨大的變化，對我國的電力系統中的各種電氣設備也提出了更高的要求。電力系統中的各種電氣設備在運行中承受的電壓除了正常的工作電壓外，還有各種過電壓。由于操作引起的過電壓是電力系統中的最常見的過電現象，如任何的開關動作都會在系統中產生各種過電壓，其過電壓的能量來自電力系統本身，當過電壓超過電氣設備的耐受能力時，電氣設備就會受到損壞。[1]

2、過電壓類型及產生機理分析

電力系統中存在的過電壓類型有很多，主要有兩大類：外部過電壓和內部過電壓。外部過電壓主要是指由于雷電放電時電力系統中引起的過電壓，通常具有單極性和持續時間很短的特點，有時幅值會很大，對電力系統產生嚴重影響。內部過電壓主又可分為暫時過電壓和操作過電壓。暫時過電壓主要是指由于操作或故障而引起的電壓升高和由諧振引起的過電壓，這種電壓雖然存在時間較短，但持續時間長，對系統影響嚴重。操作過電壓是指由于內部操作、系統故障等原因，系統內部參數發生變化，在電力系統能量轉化過渡過程中出現的過電壓，這種過電壓持續時間短，衰減快對系統有一定影響。[2]下面對不同類型的過電壓的產生吉利進行分析：

2.1、外部過電壓

雷電放電這種自然現象是雷云間或雷云與大地間的放電現象。當輸電線路受到雷擊時，導線會產生高電壓，高電壓沿輸電線路傳輸到升壓站時，變壓器內部會產生復雜的電磁振蕩，引起過電壓。當雷擊大地時，雷電通道周圍的電磁場會產生劇烈變化，會在線路上產生感應過電壓。當雷電放電時，會與大地形成電場，導線軸線方向上的正電荷會被吸引到最靠近雷電通道的上，而導線上的負電荷則被排斥到另一側，經由電氣系統中性點進入大地。由于其發展速度較低，電荷凝聚較慢，導線上的電流很小。但主放電開始后，在線路中會形成電壓波，進而形成感應過電壓的靜電分量。與此同時，雷電流形成的脈沖磁場的變化也會在導線上感應出高電壓，成為過電壓的電磁分量。[3]

2.2、暫時過電壓

暫時過電壓有諧振過電壓和工頻電壓升高兩種，暫時過電壓擁有電源的頻率，而且不衰減。其中諧振過電壓最為嚴重，電力系統存在許多電感和電容元件，而且種類也很多，在操作電力系統或電力系統出現故障時，這些電感和電容元件就會形成各種類型不同的振蕩現象而引起諧振過電壓。諧振過電壓危害很大，其可能在過渡過程結束后還一直存在，直到其諧振條件發生改變為止，如進行新的操作等。諧振過電壓不僅會嚴重危及電力系統中的電氣設備正常使用，而且會產生持續的過電流，燒毀設備。

而常見的工頻電壓升高暫時過電壓有不對稱接地故障引起的工頻電壓升高、負荷使發電機加速引起的工頻電壓升高等。

①接地故障引起的工頻電壓升高

系統發生單相或兩相接地故障時，短路電流的零序分量會使非故障相出現工頻電壓升高。系統的接地故障中以單相接地故障為最常見故障，且引起的工頻電壓升高也最嚴重。

②負荷引起的工頻電壓升高

發電機負荷突然消失時，發電機的電樞反應會隨之消失，但由于通過激磁繞組的磁通來不及迅速變化，與其連通的電源的暫態電勢維持原來的數值，而空載線路的電容效應會引起較高的電壓升高。如果甩負荷是切除對稱短路故障引起的，則由于強行勵磁作用使增高，工頻電壓升高更大。通常在故障切除后，暫態電勢將先上升后下降。如果考慮線路電壓升高，且同時計算空載線路的電容效應，則工頻電壓會升高很多。

2.3操作過電壓

操作過電壓是系統內部過電壓的一種，是在電力系統中由于繼電器工作或各種故障引起的。這種過電壓通常具有衰減振蕩的特征，與暫時過電壓相比，其持續時間短，衰減快；與而雷電過電壓相比，其持續時間則相對長很多。常見的操作過電壓有以下幾種：切除空載線路過電壓，切除空載變壓器過電壓，空載線路合閘過電壓等。由于操作過電壓的影響因素大多具有隨機性，操作過電壓有與電力系統的額定電壓有關，隨著電力系統的額定電壓的提高，操作過電壓的問題就會越來越突出。[4]

①切除空載線路過電壓

切除空載線路是電力系統中常見的操作之一。切除空載線路時會形成振蕩，在線路中會產生過電壓。切除空載線路的最大過電壓與繼電器的性能、電力系統中的中性點接地方式等有關。

②切除空載變壓器過電壓

切除空載變壓器也是電力系統中的一種常見操作。電力系統中存在雜散電容，切除空載變壓器時，空載變壓器所產生的激磁電感會發生變化，形成電流，電流通過電容形成回路，產生震蕩，從而產生過電壓。

③空載線路合閘過電壓

空載線路合閘存在有兩種情況：正常合閘和自動合閘，由于初始條件不同，自動合閘過電壓在合閘過電壓中最為嚴重。正常合閘時，合閘前的線路上并沒有電荷，當開關閉合時電源通過電感向電容充電，引起高頻振蕩，產生過電壓。而在自動合閘動作時，合閘前的線路上殘余電荷，閉合時殘生的振蕩就可能引起更高的過電壓，對電力系統產生嚴重影響。

3、消除過電壓對電氣二次回路影響的措施

根據過電壓類型及形成機理，可從以下三個方面著手來分析解決問題：1.減小電纜輻射：控制電纜的長度；在電纜上使用適當的共模扼流圈；使用共模低通濾波器；使用屏蔽電纜等。2.實現良好的電磁兼容：控制干擾源；降低干擾程度；提高易受影響設備的抗干擾能力等；3.開關操作這一環節的預防措施：加快開關的切換速度；兩端接地；改善電纜的屏蔽等；

為此，我們采取如下的幾項重要措施消除過電壓對電氣二次回路影響：（1） 采用具有金屬屏蔽層的電纜線輸電。（2） 在計量回路中并聯電容器，以泄放高頻干擾。（3） 測量設備正常工作時通過并聯電容器的電流，以保證電容器處于高阻抗狀態。（4） 保護小室接地。（5） 線圈兩端并聯非線性電阻，使二次回路形成自身過電壓保護。（6） 做好保護小室屏蔽工作，以保證設備正常工作。

參考文獻：

[1] 曹承憲.城網10KV系統中性點接地方式的探討[J].華北電力技術，1995，（12）

[2]于剛，何金良等.開關操作暫態電壓對變電所二次電纜的電磁干擾[J].電工技術雜志，2002，（12）

[3] 呂炯，常日紅.電網運行中二次回路的操作過電壓[J].中國科技投資，2012，（36）：221.

[4] 李萍.淺析配網自動化設備抗干擾防過電壓措施[C].//常州供電公司2003年青年科技論壇.2003：327-329