供電系統過電壓的成因及防治措施

邵雄

(上海化工研究院,上海 200062)

供電系統過電壓的成因及防治措施

邵雄

(上海化工研究院,上海 200062)

35kv供電系統中會出現過電壓現象，會給供電系統的正常運行帶來不便，怎樣才能使電網安全的、正常的運行呢？首先我們要對35kv供電系統過電壓有一個全面的認識，本文對35kv供電系統中過電壓的種類、為什么會產生這種過電壓及其所帶來的不良后果進行了詳盡的描述，并且從外過電壓和內過電壓這兩個角度詳細論述了怎樣防治35kv供電系統中的過電壓問題。

35kv供電系統 過電壓 諧振過電壓 雷擊過電壓 操作過電壓 自動重合閘

1 供電系統中過電壓的類型、產生原因和不良后果

1.1 過電壓的類型

過電壓這個概念大家可能比較陌生，那什么是過電壓呢？在導線或相對地之間的峰值高于電工設備最高電壓峰值的電壓就是過電壓。而在某些特定的條件下，供電系統中會出現高于工作電壓的異常升高現象，我們又稱作供電系統中的過電壓，它其實是一種電磁擾動現象。供電系統的安全、可靠、穩定運行，不僅要求供電系統中電工設備的絕緣要能長時間承受著正常的工作電壓，還必須要有能承受一定幅值的過電壓的能力。供電系統中過電壓分為內、外過電壓兩種。首先，內過電壓指的是當供電系統內部運行方式發生變化時引起的過電壓。內過電壓有其常見的2種形式：(1)操作過電壓。為了確保供電系統的正常運行，或當某些位置出現故障需要將其切除時，為改變當前的運行方式，系統經常會借助斷路器來操作。如果我們將供電系統看成一個復雜電路，當斷路器運行時，系統會從一種電磁狀態轉變為另一種電磁狀態，在這個過程中會出現電磁振蕩現象，電磁能與靜電能在供電系統的一些器件中以不變的頻率進行轉化，從而在電工設備中出現過電壓，這就是所謂的操作過電壓。(2)諧振電壓。在一些特定接線方式下，供電系統中的儲能元器件如電感應性和電容量等會與電源頻率發生諧振，在這一過程中產生的過電壓，我們又稱為諧振電壓。它主要包括參量諧振、鐵磁諧振和線性諧振這三種類型。那什么是外過電壓呢？在某些外在自然因素如大氣、雷電及天氣的變化的作用下引起的過電壓，我們稱之為外過電壓。下面主要介紹其中一種，即雷擊過電壓，主要包括直擊雷導致的過電壓和感應雷導致的過電壓。當供電系統中電工設備的導電部分被雷電閃絡直接擊中時產生的過電壓，即是直擊雷過電壓。這種電壓由于像脈沖一樣，持續的時間很短，僅僅只有十幾到幾十微秒，可以形象地把它命名為瞬態過電壓。那為什么會出現電路故障呢，這主要是因為在35kv供電系統中，輸電線路最容易遭到雷擊，當輸電線路遭雷擊時就會導致電路出現故障。

1.2 過電壓的形成機制及其帶來的危害

目前，在我國的配電網中，以前的消弧線圈接地方式已經大部分被現在的中線點不接地方式所取代，現實生活中已很少采用了。現今，熔絲出現熔斷、TV被燒毀等現象出現得越來越頻繁，國家對電網具體是怎樣運行的進行了一系列的調查，從這些調查中我們了解到，目前最常見的中線點不接系統由于受電壓互感器鐵心飽和的影響，會產生很多的鐵磁諧振過電壓，這也是導致上述現象出現的根本原因，雖然我們已經使用很多的限制方法來處理產生的諧振過電壓，也取得了一定的效果，但都不能從根本上解決這個問題，要想治本還是很困難。但值得高興的是由于中性點不接地運行方式屬于單相接地，所以在開始運行的2h內一般不會出現用戶斷電的現象。隨著供電系統的不斷發展，許多中低電網不斷得到擴建，使得線路回路數和線路的長度發生了很大的改變，回路數數量大量增加，線路長度也不斷增長，最終導致中低壓電網對地電容電流的猛增。單項接地時很容易產生比相電壓高35倍的電弧電壓。當出現這種情況時，由于放電的作用會導致電網中絕緣較薄弱的地方被擊穿，一旦出現相間短路時，供電系統中的供電設備就會遭到破壞，最終導致不能供電。當前應用較少的老式消弧線圈接地的配電網，由于其結構系統的不完善，限制了它的運行，即在全補償狀態下不能正常運行，只能在過補償狀態下運行。而在過補償狀態下運行時，它的脫諧度整定被降至在20%-30%之間，使得其對弧光過電壓的抑制嚴重削弱，效果明顯降低。

2 如何防治35kv供電系統中的過電壓問題

2.1 怎樣防治內過電壓

怎樣有效防治操作過電壓？主要包括以下幾種常見的方法：(1)我們可以通過觸頭低壓大電流、高壓小電流和直流老練法等方法來有效防治操作過電壓，其效果較明顯，所以在抑制電力系統操作過電壓時這些方法最為常用。(2)采用外接非線性電阻吸收裝置。非線性電阻吸收裝置主要材質為氧化鋅壓敏電阻這也是在非線性電阻吸收裝置中防治效果最好的一種。當將氧化鋅壓敏電阻應用于35kv供電系統中時，其具有半導體穩壓管的功效，在同等的工頻電壓下會產生更大的阻值。這種裝置不僅用的時間長，動作比其他裝置快，而且維護起來非常方便。值得注意的是，這種裝置在投入運行前和運行的過程中必須做好高壓調試的準備工作，只有這樣才能保證該裝置的良好運行。外界非線性電阻吸收裝置是防治操作過電壓效果很有效的一種方法，已經被大量應用。除了上述兩種方法以外，也可通過對滅弧線圈的潔凈度和真空度進行控制的方法來抑制過電壓。接下來主要介紹諧振過電壓的防治方法。(1)消弧線圈調諧中配置的微機控制器具有自動控制功能，解決了老式線圈在調諧過程中要將消弧線圈退出運行的缺陷。我們應當改造老式消弧線圈以預防35kv供電系統中出現的過電壓現象，并且大范圍使用新型自動調諧消弧線圈。這種新的調諧裝置可裝設電流互感器二組和二次保護等裝置，將變柜改成變兼接地變柜，讓消弧線圈在戶外進行布置。為限制中性點電壓，實現消弧線圈接地回路，可以把阻尼電阻串聯起來。從而實現對脫諧度及中性點位移電壓的最佳控制。當脫諧度最大不超過5%時，最大故障點殘留控制在5A，最大消弧線圈位移電壓要控制在相電壓的15%以內，使得供電系統可以達到最佳的工作狀態，從而控制殘流以實現高效熄弧，使得遠程遙測、遙調、遙控、遙信成為可能，最終使變電站監管的自動化水平得到進一步的提高。(2)電壓互感器鐵心飽和會引起鐵磁諧振過電壓的產生，為實現對這一過電壓的防治，工作人員采取了各種各樣的方法，雖然都在一定程度上起到了抑制的作用，但始終都不能達到理想的狀態。因為鐵磁諧振過電壓具有非線性量且內容非常復雜的特點，所以即使在部分供電系統中配備了消諧器，但輸電線路還是會產生諧振過電壓。要想實現35kv供電系統中諧振過電壓的抑制，整個供電系統的參數可能都必須有較大的變動，如果同時應用多臺TV，只在其中一臺TV上裝配消諧器，則不能消除諧振過電壓現象。只有在中性點上接入消弧線圈才能在很大程度上減小TV中通過的電流，實現電容對小感放電的對抗，進而確保輸電線路的安全有效運行。否則，會因為單相接地產生間歇性電弧而出現多次放點的現象，最終導致不良事故的發生，如熔絲的熔斷、TV的燒毀等，帶來嚴重的財產損失。

2.2 如何有效的防治外過電壓

首先，我們可以提高線路的絕緣性來防治外電壓。雷擊發生率在一些面積較大地區的輸電線路中經常出現，為了減少雷擊跳閘，可以增加絕緣子的片數來抑制工頻電弧的產生。同時也可通過對瓷橫擔等沖擊閃絡電壓較高的絕緣子的應用來抑制。其次，可使中性點不接地這種方式來防治外電壓。在我國的35k供電系統中，老式的消弧線圈接地和中性點非有效接地方式最為常見，它可以很容易的消除雷擊引起的很多單相接地故障，使線路絕緣而不出現閃絡現象，這樣可以增強抗雷擊性能，防止建弧現象的發生。所以我們應當確保輸電鐵塔和鋼筋混凝土能可靠接地，使得接地電阻不受任何因素的影響，以達到最大的防治外電壓的效果。再次，還可以安裝自動重合閘裝置防治外過電壓。線路絕緣的自動恢復性使得雷擊產生的絕緣閃絡現象可在線路跳閘后自動消除。故為使雷擊跳閘所引起的線路停電情況得到控制，減少輸電線路雷擊事故的發生，應在35v供電系統中安裝自動重合閘裝置。此外，我們還可以通過架設避雷線的方式來防治外電壓。雷擊直擊變電站附近的導線時會使導線產生侵入波并傳入變電站，影響到變電站內的供電設備。為了實現雷擊發生率的降低，必須在離變電站距離較近的一段輸電線架設進線為12m的避雷線。同時為了更好的減少雷擊率，提升避雷線的屏蔽效果，須調小避雷針對電路線的保護角度。由于35kv線路的絕緣效果很好，故不需要全線都架設避雷線，也為項目施工提供了方便。

3 結語

通過以上介紹，我們了解到供電系統不僅規模巨大，而且結構復雜，很多外在因素和內在因素都可能會影響到供電系統的可靠、安全和穩定運行，尤其是過電壓的現象更是常見。為了確保供電系統的安全運行，實現故障發生率零突破，就必須有針對性的采取措施來預防35kv供電系統中過電壓的產生，實現供電系統的安全可靠運行。

[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[J].電氣實驗,2013(25).

[2]黎雪英.35kV供電系統諧振過電壓的防治[J].電力信息化,2013(04).