220kV變電站運(yùn)行操作中的過電壓防范與控制探究

黃劍橋　王支軍

摘要：隨著電力行業(yè)的繁榮，電網(wǎng)技術(shù)得到了新的突破，220kV變電站逐步成為城市供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素。在220kV變電站的日常運(yùn)作過程中，操作過電壓或諧振過電壓不僅對(duì)操作員的人身安全構(gòu)成極大的威脅，還會(huì)造成設(shè)備的非正常中停，影響設(shè)備的使用壽命。針對(duì)這類情況，需要減少空載電流或加大變壓器電容的方法來減少出現(xiàn)過電壓情況。基于此，文章說明了220kV變電站的過電壓現(xiàn)象，提出了科學(xué)有效的防范控制措施，為電力的安全生產(chǎn)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：220kV變電站；運(yùn)行操作；過電壓；防范控制措施；電力行業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM864 文章編號(hào)：1009-2374（2015）05-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0402

我國(guó)電力技術(shù)的不斷發(fā)展為完善電網(wǎng)建設(shè)提供了技術(shù)保障，變電站主要有四個(gè)等級(jí)的電壓：220kV、l10kV、35kV和10kV。在目前的供電系統(tǒng)中，220kV變電站已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到城區(qū)電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中，成為城市供電的重要保障要素。在220kV變電站的使用過程中，電壓升高或電位差加大導(dǎo)致電壓不穩(wěn)的情況時(shí)有發(fā)生，出現(xiàn)220kV變電站的過電壓現(xiàn)象。一般來說，比較常見的過電壓現(xiàn)象有操作過電壓或諧振過電壓兩類，變電站的過電壓現(xiàn)象不僅嚴(yán)重威脅到了操作員的生命安全，還會(huì)大大縮短設(shè)備的使用壽命，造成設(shè)備非正常停止運(yùn)行現(xiàn)象。因此，對(duì)220kV變電站操作過程中的過電壓現(xiàn)象進(jìn)行必要的防范與控制顯得十分迫切，它是保證變電站持續(xù)、安全的措施。

1 變電站的過電壓現(xiàn)象

所謂過電壓現(xiàn)象，主要是指在變電站的運(yùn)行系統(tǒng)中，電壓或電位差的突然升高破壞了設(shè)備的絕緣體性能，從而導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的情況。變電站運(yùn)行中較為常見的兩類過電壓現(xiàn)象是：操作過電壓現(xiàn)象和諧振過電壓現(xiàn)象，其中操作過電壓現(xiàn)象通常是由于操作不當(dāng)引起的設(shè)備回路自振過電壓現(xiàn)象或是由于非線性設(shè)備參數(shù)周期變化造成的非線性諧振過電壓現(xiàn)象，它主要產(chǎn)生在故障的過渡階段，持續(xù)時(shí)間比較短。而諧振過電壓則是持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的穩(wěn)態(tài)過電壓現(xiàn)象，部分情況下諧振過電壓會(huì)延續(xù)到下一操作步驟，直至出現(xiàn)能破壞諧振現(xiàn)象的內(nèi)外部條件，負(fù)載變化、線路分合閘和排除故障等是產(chǎn)生諧振過電壓現(xiàn)象較為常見的原因。

2 220kV變電站運(yùn)行中存在的過電壓?jiǎn)栴}

2.1 投切空載變壓器過電壓

投切空載變壓器是變壓器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一次繞組接通電源，但二次繞組處于開路狀態(tài)的情況。這種情況下產(chǎn)生的電流被稱為空載電流或花子勵(lì)磁電流。若空載變壓器一旦被切除，受變小的空載電流影響，在斷路器阻隔電流的過程中，設(shè)備開關(guān)會(huì)出現(xiàn)較大的游離引力。在這樣的情況下，需要將電流調(diào)整為零，若電流大于零則很容易使設(shè)備強(qiáng)制熄弧，這種現(xiàn)象也被稱為截流，截流現(xiàn)象是產(chǎn)生投切空載變壓器過電壓的主要原因。

2.2 母線諧振過電壓

變壓器和互感器間產(chǎn)生的鐵磁電感現(xiàn)象被稱為鐵磁諧振，當(dāng)進(jìn)行分合閘操作時(shí)會(huì)使設(shè)備處于短暫的暫停狀態(tài)，進(jìn)而使鐵芯發(fā)生改變，當(dāng)鐵芯達(dá)到飽和就會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。鐵芯的飽和程度決定了鐵磁電感的強(qiáng)度，而電壓值又決定了鐵芯的飽和程度，也就是說三相繞組產(chǎn)生的電壓值改變?cè)酱螅F芯就越接近飽和狀態(tài)。母線的鐵磁諧振分為串聯(lián)和并聯(lián)兩類，串聯(lián)鐵磁諧振一般發(fā)生在大電流接地系統(tǒng)，而并聯(lián)鐵磁諧振則多見于小電流接地系統(tǒng)。220kV變電站可能同時(shí)存在串聯(lián)和并聯(lián)鐵磁諧振。出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象時(shí)，互感器聲音會(huì)發(fā)生異常，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)電壓升高的情況，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)的絕緣處會(huì)燒壞，從而使母線電壓互感器無法正常運(yùn)行。

3 過電壓控制措施

3.1 投切空載變壓器過電壓的控制措施

第一，減弱空載電流。空載電流的主要構(gòu)成要素是鐵損和磁化電流，對(duì)空載電流的改變可以通過對(duì)鐵心結(jié)構(gòu)與質(zhì)量的控制來實(shí)現(xiàn)。改變變壓器中的鐵心結(jié)構(gòu)或選用質(zhì)量好的鐵心可以減弱空載電流，比如將鐵心中的硅鋼片換成冷軋晶粒可以減小空載電流。在實(shí)際操作中，還要注重對(duì)變壓器的日常檢查與維護(hù)。

第二，加大變壓器電容。通常220kV多為內(nèi)置芯片的變壓器，可以利用糾結(jié)式繞組的方法來加大變壓器電容。通過變壓器線匝與糾結(jié)式繞組另一線匝的連接可以增強(qiáng)電容線粗，而線匝的電位差也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。一旦出現(xiàn)過電壓，所有線匝將會(huì)被重新分配。

第三，采用并聯(lián)電阻開關(guān)。當(dāng)截流現(xiàn)象產(chǎn)生，磁場(chǎng)會(huì)轉(zhuǎn)化為電能從而引起電容器中電容變大。使用并聯(lián)電阻開關(guān)，可以有效地釋放掉磁場(chǎng)能量。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，在截流產(chǎn)生之前要閉合開關(guān)，阻斷與開關(guān)并聯(lián)的電阻，截流之后要斷開開關(guān)，在電阻的作用下，電勢(shì)會(huì)產(chǎn)生電流，進(jìn)而弱化磁場(chǎng)能量。

3.2 母線諧振過電壓的控制措施

針對(duì)母線諧振過電壓的情況，筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出具體控制措施，包括發(fā)揮倒閘操作的作用以及保證技術(shù)設(shè)備，現(xiàn)闡述如下：

第一，首先要注重倒閘操作對(duì)改善母線諧振過電壓情況的作用。禁止母線電磁式電壓互感器在合閘狀態(tài)時(shí)，空充母線。在空充母線前，合上線路或分段開關(guān)母線側(cè)刀閘，增加線路或分段開關(guān)對(duì)地電容，改變系統(tǒng)電容參數(shù)，抑制諧振現(xiàn)象。

第二，熟悉所使用儀器設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。首先要了解母線系統(tǒng)參數(shù)，認(rèn)真檢查設(shè)備，準(zhǔn)確計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算值判斷是否在諧振范圍，通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)將斷路器電容控制在450PF的狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。其次要定期改進(jìn)設(shè)備，比如變壓器加裝避雷器能有效改善過電壓現(xiàn)象。

第三，改善母線電容參數(shù)。首先，更換母線或線路電磁式電壓互感器，采用伏安特性較好的電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器。鐵芯飽和是產(chǎn)生諧振重要原因。其次，在母線上安裝對(duì)地電容或?qū)⒏黟伨€電流互感器安裝在母線刀閘側(cè)。

第四，去掉高壓開關(guān)均壓電容。高壓開關(guān)在熱備用狀態(tài)時(shí)，主變或線路上電壓通過均壓電容傳到母線上，形成諧振容性因素。

4 結(jié)語

綜上所述，社會(huì)的進(jìn)步對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)提出了越來越高的要求，為了更好地為城區(qū)提供用電服務(wù)，需要不斷提高變電站性能，改進(jìn)繼電保護(hù)裝置。有效防范和控制220kV變電站運(yùn)行操作中的過電壓現(xiàn)象，及時(shí)檢修相關(guān)設(shè)備，保證變電站的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于人們生產(chǎn)生活具有十分重要的作用。

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作者簡(jiǎn)介：黃劍橋（1987-），男，供職于深圳供電局有限公司變電管理二所，研究方向：變電運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：蔣建華）