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(tǒng)中的各種電氣設(shè)備在運(yùn)行中承受各種各樣的過電壓，本文從理論出發(fā)，分析了過電壓的不同類型及作用機(jī)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(tǒng)正常工作，保證電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：過電壓 二次回路 電磁干擾

1、引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的電力系統(tǒng)也產(chǎn)生了巨大的變化，對我國的電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備也提出了更高的要求。電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備在運(yùn)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(tǒng)中的最常見的過電現(xiàn)象，如任何的開關(guān)動(dòng)作都會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生各種過電壓，其過電壓的能量來自電力系統(tǒng)本身，當(dāng)過電壓超過電氣設(shè)備的耐受能力時(shí)，電氣設(shè)備就會(huì)受到損壞。[1]

2、過電壓類型及產(chǎn)生機(jī)理分析

電力系統(tǒng)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(nèi)部過電壓。外部過電壓主要是指由于雷電放電時(shí)電力系統(tǒng)中引起的過電壓，通常具有單極性和持續(xù)時(shí)間很短的特點(diǎn)，有時(shí)幅值會(huì)很大，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。內(nèi)部過電壓主又可分為暫時(shí)過電壓和操作過電壓。暫時(shí)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(shí)間較短，但持續(xù)時(shí)間長，對系統(tǒng)影響嚴(yán)重。操作過電壓是指由于內(nèi)部操作、系統(tǒng)故障等原因，系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化，在電力系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化過渡過程中出現(xiàn)的過電壓，這種過電壓持續(xù)時(shí)間短，衰減快對系統(tǒng)有一定影響。[2]下面對不同類型的過電壓的產(chǎn)生吉利進(jìn)行分析：

2.1、外部過電壓

雷電放電這種自然現(xiàn)象是雷云間或雷云與大地間的放電現(xiàn)象。當(dāng)輸電線路受到雷擊時(shí)，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生高電壓，高電壓沿輸電線路傳輸?shù)缴龎赫緯r(shí)，變壓器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的電磁振蕩，引起過電壓。當(dāng)雷擊大地時(shí)，雷電通道周圍的電磁場會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，會(huì)在線路上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。當(dāng)雷電放電時(shí)，會(huì)與大地形成電場，導(dǎo)線軸線方向上的正電荷會(huì)被吸引到最靠近雷電通道的上，而導(dǎo)線上的負(fù)電荷則被排斥到另一側(cè)，經(jīng)由電氣系統(tǒng)中性點(diǎn)進(jìn)入大地。由于其發(fā)展速度較低，電荷凝聚較慢，導(dǎo)線上的電流很小。但主放電開始后，在線路中會(huì)形成電壓波，進(jìn)而形成感應(yīng)過電壓的靜電分量。與此同時(shí)，雷電流形成的脈沖磁場的變化也會(huì)在導(dǎo)線上感應(yīng)出高電壓，成為過電壓的電磁分量。[3]

2.2、暫時(shí)過電壓

暫時(shí)過電壓有諧振過電壓和工頻電壓升高兩種，暫時(shí)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(yán)重，電力系統(tǒng)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(tǒng)或電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，這些電感和電容元件就會(huì)形成各種類型不同的振蕩現(xiàn)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(jié)束后還一直存在，直到其諧振條件發(fā)生改變?yōu)橹梗邕M(jìn)行新的操作等。諧振過電壓不僅會(huì)嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備正常使用，而且會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的過電流，燒毀設(shè)備。

而常見的工頻電壓升高暫時(shí)過電壓有不對稱接地故障引起的工頻電壓升高、負(fù)荷使發(fā)電機(jī)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(tǒng)發(fā)生單相或兩相接地故障時(shí)，短路電流的零序分量會(huì)使非故障相出現(xiàn)工頻電壓升高。系統(tǒng)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(yán)重。

②負(fù)荷引起的工頻電壓升高

發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然消失時(shí)，發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)會(huì)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(tài)電勢維持原來的數(shù)值，而空載線路的電容效應(yīng)會(huì)引起較高的電壓升高。如果甩負(fù)荷是切除對稱短路故障引起的，則由于強(qiáng)行勵(lì)磁作用使增高，工頻電壓升高更大。通常在故障切除后，暫態(tài)電勢將先上升后下降。如果考慮線路電壓升高，且同時(shí)計(jì)算空載線路的電容效應(yīng)，則工頻電壓會(huì)升高很多。

2.3操作過電壓

操作過電壓是系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的一種，是在電力系統(tǒng)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(shí)過電壓相比，其持續(xù)時(shí)間短，衰減快；與而雷電過電壓相比，其持續(xù)時(shí)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(jī)性，操作過電壓有與電力系統(tǒng)的額定電壓有關(guān)，隨著電力系統(tǒng)的額定電壓的提高，操作過電壓的問題就會(huì)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(tǒng)中常見的操作之一。切除空載線路時(shí)會(huì)形成振蕩，在線路中會(huì)產(chǎn)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(tǒng)中的中性點(diǎn)接地方式等有關(guān)。

②切除空載變壓器過電壓

切除空載變壓器也是電力系統(tǒng)中的一種常見操作。電力系統(tǒng)中存在雜散電容，切除空載變壓器時(shí)，空載變壓器所產(chǎn)生的激磁電感會(huì)發(fā)生變化，形成電流，電流通過電容形成回路，產(chǎn)生震蕩，從而產(chǎn)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(dòng)合閘，由于初始條件不同，自動(dòng)合閘過電壓在合閘過電壓中最為嚴(yán)重。正常合閘時(shí)，合閘前的線路上并沒有電荷，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)電源通過電感向電容充電，引起高頻振蕩，產(chǎn)生過電壓。而在自動(dòng)合閘動(dòng)作時(shí)，合閘前的線路上殘余電荷，閉合時(shí)殘生的振蕩就可能引起更高的過電壓，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3、消除過電壓對電氣二次回路影響的措施

根據(jù)過電壓類型及形成機(jī)理，可從以下三個(gè)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(dāng)?shù)墓材６罅魅Γ皇褂霉材５屯V波器；使用屏蔽電纜等。2.實(shí)現(xiàn)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(shè)備的抗干擾能力等；3.開關(guān)操作這一環(huán)節(jié)的預(yù)防措施：加快開關(guān)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(xiàng)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(jì)量回路中并聯(lián)電容器，以泄放高頻干擾。（3） 測量設(shè)備正常工作時(shí)通過并聯(lián)電容器的電流，以保證電容器處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。（4） 保護(hù)小室接地。（5） 線圈兩端并聯(lián)非線性電阻，使二次回路形成自身過電壓保護(hù)。（6） 做好保護(hù)小室屏蔽工作，以保證設(shè)備正常工作。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 李萍.淺析配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)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