淺談220kV變電站變電運(yùn)行過電壓的防范

文/袁強(qiáng)，國網(wǎng)湖南省電力有限公司長沙供電分公司變電檢修公司

1 引言

新時(shí)期，220kV變電站建設(shè)數(shù)量和規(guī)模逐漸增加，已成為主流供電站。在220kV變電站變電運(yùn)行中，過電壓現(xiàn)象比較常見，對于電力設(shè)備運(yùn)行安全以及電力操作人身安全造成不良影響。由此可見，亟需對220kV變電站變電運(yùn)行過電壓防范要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

2 220kV變電站過電壓現(xiàn)象

對于220kV變電站的過電壓現(xiàn)象，可分為兩種，即諧振過電壓和操作過電壓，對于過電壓現(xiàn)象，如果不能及時(shí)采取有效的處理措施，就會造成較短時(shí)間內(nèi)，輸電線路電壓大于正常電壓，即產(chǎn)生操作過電壓。另外，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，會造成電壓產(chǎn)生回路，如果變電源持續(xù)處于這種運(yùn)行狀態(tài)下，就會產(chǎn)生自振問題，隨后還會造成電壓參數(shù)產(chǎn)生周期性變化，同時(shí)還會造成非線性設(shè)備處于飽和狀態(tài)，上述現(xiàn)象即為諧振過電壓。雖然操作過電壓以及諧振過電壓均會對220kV變電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成不良影響，但是二者也有一定的區(qū)別，比如，操作過電壓的持續(xù)時(shí)間比較短，而諧振過電壓的持續(xù)時(shí)間比較長；另外，諧振過電壓的穩(wěn)定性比較高，因此在操作過程中，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)依然可以繼續(xù)維持。需要注意，操作過電壓的影響因素比較多，復(fù)雜程度較高，因此，對于變電站的危害較大。電力企業(yè)必須對220kV變電站變電運(yùn)行中的過電壓現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析，然后結(jié)合實(shí)際情況制定針對性防范策略。

3 220kV變電站過電壓的產(chǎn)生原理

3.1 空載變壓器操作過電壓產(chǎn)生的原理

變電站變壓器空載運(yùn)行指的是變壓器一次繞組接電源、二次繞組開路的運(yùn)行工況。如果變壓器處于空載運(yùn)行狀態(tài)，則當(dāng)一次繞組連接交流電壓后所產(chǎn)生的電流即為空載電流，又被稱為勵(lì)磁電流。在阻斷空載變壓器時(shí)，在斷路器截?cái)嘧饔玫挠绊懴拢蛰d電流比較小，開關(guān)游離作用比較強(qiáng)，如果通過電流，則在電力線路可能會出現(xiàn)熄弧，即截流，進(jìn)而出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象。

3.2 母線系統(tǒng)諧振過電壓產(chǎn)生的原理

在220kV變電站運(yùn)行中，鐵磁諧振也會造成過電壓現(xiàn)象。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，如果電壓互感器分合閘，則鐵芯可達(dá)到飽和狀態(tài)，進(jìn)而滿足諧振條件，此時(shí)母線系統(tǒng)中就會產(chǎn)生諧振過電壓。鐵磁電感為非線性，鐵芯飽和程度具有規(guī)律性特征，如果電壓值不斷增加，則鐵芯的飽和電感會隨之降低。在220kV變電站實(shí)際運(yùn)行中，如果出現(xiàn)接線錯(cuò)誤或者電壓互感器的伏安特性比較差，則會造成鐵芯過飽和，影響開關(guān)質(zhì)量，最終導(dǎo)致鐵磁諧振。

4 220kV變電站變電運(yùn)行過電壓的防范

4.1 空載變壓器操作過電壓的防范措施

4.1.1 改善鐵芯，降低空載電流

空載電流是由兩個(gè)部分所組成的，包括磁化電流和鐵損電流，而后者是造成空載電流的關(guān)鍵因素，鐵損電流大小會直接影響空載電流大小。鐵芯中可產(chǎn)生電流磁通，進(jìn)而對鐵損電流產(chǎn)生較大影響，因此，必須優(yōu)化內(nèi)部鐵芯。在220kV變電站變電運(yùn)行中，應(yīng)減小變壓器空載電流，變電站工作人員可安排專業(yè)技術(shù)人員對鐵芯進(jìn)行定期檢查維護(hù)，保證鐵芯性能穩(wěn)定。

4.1.2 改變繞組形式

通常情況下，220kV變電站變壓器的繞組為糾結(jié)式繞組，即在相互靠近的線匝之間插入另一條線匝。通過應(yīng)用糾結(jié)式繞組，能夠有效提升繞組間電容以及相鄰線匝間的電位差，增加變壓器的寄生電容。如果產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象，則過電壓在各個(gè)線匝之間均勻分布，可降低過電壓對于電路的影響。

4.1.3 采用帶并聯(lián)電阻開關(guān)

在截流瞬間，磁場能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽M(jìn)而使得電容充電，因此，如果電阻與開關(guān)進(jìn)行并聯(lián)，則可有效釋放出電感磁場能量。在截流前，如果并聯(lián)電阻的開關(guān)為閉合狀態(tài)，則可以與電阻并聯(lián)，在截留后，即可斷開開關(guān)，此時(shí)電阻中可產(chǎn)生電流，可消耗磁場能量。

4.2 母線系統(tǒng)諧振過電壓的抑制對策

4.2.1 正確進(jìn)行倒閘操作

1）改善220kV變電站的運(yùn)行模式，在母線倒閘過程中，操作人員必須加強(qiáng)防范措施，一旦出現(xiàn)諧振問題，則應(yīng)及時(shí)調(diào)整運(yùn)行模式，改變電路，進(jìn)而消除諧振影響。2）嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行倒閘操作，如果母線停電，則首先應(yīng)拉母線電壓互感器隔離開關(guān)，然后再拉母聯(lián)斷路器。在送電過程中，首先合斷路器，然后再升壓，在升壓完成后，首先將電壓降低至0，再拉斷路器。如果母線差動保護(hù)動作跳閘，則應(yīng)及時(shí)拉斷斷路器以及電壓互感器。另外，在倒閘過程中，可外接電容，同時(shí)還需要投入空載線路以及消弧線圈等等，最后再與電纜線路連接。3）在母線倒閘過程中，如果斷開母聯(lián)開關(guān)，則必須對母線電壓進(jìn)行檢查，判斷是否已降低到0。

4.2.2 防止空載母線充電時(shí)發(fā)生諧振

如果母聯(lián)為空載母線充電，并且出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，則應(yīng)及時(shí)拉母聯(lián)斷路器，進(jìn)而有效消除諧振。在送電過程中，首先退出電壓互感器，然后再對母線充電，在確保充電過程中沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤后，即可投入電壓互感器。如果變壓器為空載母線充電，則在大電流系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)應(yīng)接地，而在小電流接地系統(tǒng)中，變壓器應(yīng)經(jīng)消弧線圈接地，通過采取上述措施，能夠有效避免電感和電容發(fā)生耦合。

4.2.3 控制變電站變電設(shè)備質(zhì)量

變電設(shè)備質(zhì)量會對鐵磁諧振產(chǎn)生較大影響。對此，應(yīng)嚴(yán)格控制變電站設(shè)備質(zhì)量，了解系統(tǒng)運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)，包括電容特征參數(shù)、電壓互感器勵(lì)磁特性等等，通過加強(qiáng)設(shè)備質(zhì)量控制，能夠有效降低過電壓發(fā)生率。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要對220kV變電站變電運(yùn)行中過電壓的防范對策進(jìn)行了詳細(xì)探究。在變電站過電壓防范過程中，首先應(yīng)明確過電壓的產(chǎn)生原因?yàn)榭蛰d變壓器操作過電壓還是母線系統(tǒng)諧振過電壓，然后再結(jié)合實(shí)際情況采取針對性過電壓防范對策，這樣才能夠及時(shí)排查變電站故障，保障變電站安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。