關于中壓配電網過電壓保護與絕緣配合標準的研究

陳耀孫

【摘 要】配電網是一個復雜而龐大的系統，對于普及供電有著重要的作用，其在輸電供電過程中，主要起到的作用就是分配電能。配電網上裝備許多個精密儀器，各個儀器有著其各自的作用，不能產生干擾，所以各儀器間的絕緣配合十分重要，為防止出現過電壓的問題，本研究就中壓配電網的過電壓保護與絕緣配合進行簡要闡述。

【關鍵詞】中壓配電網；過電壓；絕緣配合

0 引言

過電壓和絕緣配合對于大多數人來說是一個相對陌生的概念，所以本研究先從概念講起，簡要闡述一些過電壓和絕緣配合常見的種類和分類方法，以及過電壓的危害等一系列的內容，對于從事相關職業的人員來說，這是一份有關基礎知識的簡單總結，對于普通人來講，可以當作科普簡要了解。

1 常見過電壓種類

1.1 過電壓的概念

過電壓是配電網上常見的一種現象，從定義上來講，過電壓是指工頻下交流電壓均方根值升高，超過額定值的10%，并且持續時間大于1分鐘的長時間電壓變動現象。過電壓在配電網上是一種需要被預防或者被消除的現象，因為過電壓的存在有很大的危害，變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，主要危害是引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓過高必然使電動機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過大，從而引起電動機溫升過高。第二，損害電動機絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電動機絕緣壽命有很大的影響。第三，對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在一定的允許范圍內，一旦其電壓超過限定值，變頻器的過電壓保護動作。過電壓的出現通常是負荷投切的瞬間的結果。正常使用時在感性或容性負載接通或斷開情況下發生。因此，在預防過電壓的產生時，應該避免出現負電荷投切效果。電力系統在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統中的一種電磁擾動現象。電工設備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統安全可靠地運行。研究各種過電壓的起因，預測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統絕緣配合的前提，對于電工設備制造和電力系統運行都具有重要意義。

1.2 雷電過電壓

外過電壓？又稱雷電過電壓、大氣過電壓。由大氣中的雷云對地面放電而引起的。分直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。雷電過電壓的持續時間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。直擊雷過電壓是雷閃直接擊中電工設備導電部分時所出現的過電壓。雷閃擊中帶電的導體？，如架空輸電線路導線，稱為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態的導體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對帶電的導體放電稱為反擊。直擊雷過電壓幅值可達上百萬伏，會破壞電工設施絕緣，引起短路接地故障。感應雷過電壓是雷閃擊中電工設備附近地面，在放電過程中由于空間電磁場的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設備（包括二次設備、通信設備）上感應出的過電壓。因此，架空輸電線路需架設避雷線和接地裝置等進行防護。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路的防雷能力。

1.3 振諧過電壓

內過電壓？電力系統內部運行方式發生改變而引起的過電壓。有暫態過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。暫態過電壓是由于斷路器操作或發生短路故障，使電力系統經歷過渡過程以后重新達到某種暫時穩定的情況下所出現的過電壓？，又稱工頻電壓升高。常見的有：①空載長線電容效應（費蘭梯效應）。在工頻電源作用下，由于遠距離空載線路電容效應的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高。②不對稱短路接地。三相輸電線路a相短路接地故障時？，b、c？相上的電壓會升高。③甩負荷過電壓，輸電線路因發生故障而被迫突然甩掉負荷時，由于電源電動勢尚未及時自動調節而引起的過電壓。操作過電壓是由于進行斷路器操作或發生突然短路而引起的衰減較快持續時間較短的過電壓，常見的有：①空載線路合閘和重合閘過電壓。②切除空載線路過電壓。③切斷空載變壓器過電壓。④弧光接地過電壓。諧振過電壓是電力系統中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發生諧振所造成的過電壓。一般按起因分為：①線性諧振過電壓。②鐵磁諧振過電壓。③參量諧振過電壓。

2 絕緣配合常用的方法

2.1 絕緣配合簡介

作用在電工設備上的電壓是指正常運行條件下的工作電壓和各種過電壓，后者包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。為了經濟合理地設計輸電線路和電工設備絕緣，電力系統中一般采取專用設備和裝置以限制過電壓。絕緣水平是電工設備能夠耐受的試驗電壓值：①短時工頻耐受電壓值。②雷電沖擊耐受電壓值。③操作沖擊耐受電壓值。④長時間工頻試驗電壓值。這些試驗電壓的波形、數值、施加方法、時間、次數等，各國都有國家標準明確規定。

2.2 絕緣配合簡介

按作用在設備絕緣上的“最大過電壓”和設備的“最小絕緣強度”的概念進行絕緣配合的習慣方法。首先需確定設備上可能出現的最危險的過電壓和設備絕緣最低的耐受強度，然后根據運行經驗，選擇一個配合系數作為這兩種電壓的比值，以補償在估計最大過電壓和絕緣最低耐受強度時的誤差及增加一定的安全逾度，最后確定設備絕緣應能耐受的電壓水平。慣用法簡單明了，但無法估計絕緣故障的概率以及此概率與配合系數之間的關系，故這種方法對絕緣的要求偏嚴。由于對非自恢復絕緣放電概率測定的費用太高，因此只能使用慣用法。目前，對220千伏及以下的電工設備，通常仍采用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護。避雷器限制雷電過電壓的能力常用避雷器保護水平表示。變壓器耐受雷電沖擊的絕緣水平 （BIL）需高出避雷器的保護水平，兩者的比值稱為配合系數。中國一般采用的配合系數值是1.4。對于500千伏變壓器，國際電工委員會（IEC）規定，配合系數需等于或大于1.2。

2.3 統計法

根據過電壓幅值及絕緣閃絡電壓的統計特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平。統計法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可按照設備折舊費、運行費及事故損失費三者總和最小的原則進行優化設計。困難在于隨機因素較多，某些統計規律還有待認識。從過電壓幅值與絕緣抗電強度都是隨機變量的事實出發，根據過電壓幅值及絕緣閃絡電壓的統計特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達到可以被接受的程度，在技術經濟比較的基礎上，合理地確定絕緣水平。這種方法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可以按照設備折舊費、運行費及事故損失費三者總和最小的原則進行優化設計。目前研究得比較多的是以過電壓幅值的概率分布為基礎的統計法。在超高壓電力系統中降低絕緣水平有顯著的經濟效益。自恢復絕緣的絕緣強度統計特性相對比較容易獲得。70年代以來，國際上推薦對超高壓電力系統的自恢復絕緣采用統計法進行絕緣配合。

統計法的困難在于隨機因素較多，某些隨機因素的統計規律還有待積累資料與認識，低概率密度部分的資料比較難取得。目前算出的故障率，通常比實際的大很多，還有待在應用中不斷完善。

3 結束語

絕緣配合的統計法還有簡化版，簡化版的數據比較容易收集和分析，故操作難度比較小，但是統計法簡化版的缺點是重要問題在于精度不高，所以并沒有完全代替統計法使用。中壓配電網的過電壓保護以及絕緣配合是一種很重要的維護手段，如果出現過電壓現象而沒有及時處理好，很有可能導致某些儀器甚至整個配電網壽命的縮短，而配電網通常處于室外，所以，做好絕緣配合是一件非常重要的事情。

【參考文獻】

[1]李美玉.中壓配電網過電壓現象分析[J].線路電路，2016，（65）.

[2]張磊.中壓配電絕緣配合簡析[J].電路安全，2016，（27）.

[責任編輯：張濤]endprint