供电系统过电压的成因及防治措施

2015-01-08邵雄

中国科技纵横 2014年12期

关键词：弧线中性点过电压

邵雄

(上海化工研究院,上海 200062)

供电系统过电压的成因及防治措施

邵雄

(上海化工研究院,上海 200062)

35kv供电系统中会出现过电压现象，会给供电系统的正常运行带来不便，怎样才能使电网安全的、正常的运行呢？首先我们要对35kv供电系统过电压有一个全面的认识，本文对35kv供电系统中过电压的种类、为什么会产生这种过电压及其所带来的不良后果进行了详尽的描述，并且从外过电压和内过电压这两个角度详细论述了怎样防治35kv供电系统中的过电压问题。

35kv供电系统过电压谐振过电压雷击过电压操作过电压自动重合闸

1 供电系统中过电压的类型、产生原因和不良后果

1.1 过电压的类型

过电压这个概念大家可能比较陌生，那什么是过电压呢？在导线或相对地之间的峰值高于电工设备最高电压峰值的电压就是过电压。而在某些特定的条件下，供电系统中会出现高于工作电压的异常升高现象，我们又称作供电系统中的过电压，它其实是一种电磁扰动现象。供电系统的安全、可靠、稳定运行，不仅要求供电系统中电工设备的绝缘要能长时间承受着正常的工作电压，还必须要有能承受一定幅值的过电压的能力。供电系统中过电压分为内、外过电压两种。首先，内过电压指的是当供电系统内部运行方式发生变化时引起的过电压。内过电压有其常见的2种形式：(1)操作过电压。为了确保供电系统的正常运行，或当某些位置出现故障需要将其切除时，为改变当前的运行方式，系统经常会借助断路器来操作。如果我们将供电系统看成一个复杂电路，当断路器运行时，系统会从一种电磁状态转变为另一种电磁状态，在这个过程中会出现电磁振荡现象，电磁能与静电能在供电系统的一些器件中以不变的频率进行转化，从而在电工设备中出现过电压，这就是所谓的操作过电压。(2)谐振电压。在一些特定接线方式下，供电系统中的储能元器件如电感应性和电容量等会与电源频率发生谐振，在这一过程中产生的过电压，我们又称为谐振电压。它主要包括参量谐振、铁磁谐振和线性谐振这三种类型。那什么是外过电压呢？在某些外在自然因素如大气、雷电及天气的变化的作用下引起的过电压，我们称之为外过电压。下面主要介绍其中一种，即雷击过电压，主要包括直击雷导致的过电压和感应雷导致的过电压。当供电系统中电工设备的导电部分被雷电闪络直接击中时产生的过电压，即是直击雷过电压。这种电压由于像脉冲一样，持续的时间很短，仅仅只有十几到几十微秒，可以形象地把它命名为瞬态过电压。那为什么会出现电路故障呢，这主要是因为在35kv供电系统中，输电线路最容易遭到雷击，当输电线路遭雷击时就会导致电路出现故障。

1.2 过电压的形成机制及其带来的危害

目前，在我国的配电网中，以前的消弧线圈接地方式已经大部分被现在的中线点不接地方式所取代，现实生活中已很少采用了。现今，熔丝出现熔断、TV被烧毁等现象出现得越来越频繁，国家对电网具体是怎样运行的进行了一系列的调查，从这些调查中我们了解到，目前最常见的中线点不接系统由于受电压互感器铁心饱和的影响，会产生很多的铁磁谐振过电压，这也是导致上述现象出现的根本原因，虽然我们已经使用很多的限制方法来处理产生的谐振过电压，也取得了一定的效果，但都不能从根本上解决这个问题，要想治本还是很困难。但值得高兴的是由于中性点不接地运行方式属于单相接地，所以在开始运行的2h内一般不会出现用户断电的现象。随着供电系统的不断发展，许多中低电网不断得到扩建，使得线路回路数和线路的长度发生了很大的改变，回路数数量大量增加，线路长度也不断增长，最终导致中低压电网对地电容电流的猛增。单项接地时很容易产生比相电压高35倍的电弧电压。当出现这种情况时，由于放电的作用会导致电网中绝缘较薄弱的地方被击穿，一旦出现相间短路时，供电系统中的供电设备就会遭到破坏，最终导致不能供电。当前应用较少的老式消弧线圈接地的配电网，由于其结构系统的不完善，限制了它的运行，即在全补偿状态下不能正常运行，只能在过补偿状态下运行。而在过补偿状态下运行时，它的脱谐度整定被降至在20%-30%之间，使得其对弧光过电压的抑制严重削弱，效果明显降低。

2 如何防治35kv供电系统中的过电压问题

2.1 怎样防治内过电压

怎样有效防治操作过电压？主要包括以下几种常见的方法：(1)我们可以通过触头低压大电流、高压小电流和直流老练法等方法来有效防治操作过电压，其效果较明显，所以在抑制电力系统操作过电压时这些方法最为常用。(2)采用外接非线性电阻吸收装置。非线性电阻吸收装置主要材质为氧化锌压敏电阻这也是在非线性电阻吸收装置中防治效果最好的一种。当将氧化锌压敏电阻应用于35kv供电系统中时，其具有半导体稳压管的功效，在同等的工频电压下会产生更大的阻值。这种装置不仅用的时间长，动作比其他装置快，而且维护起来非常方便。值得注意的是，这种装置在投入运行前和运行的过程中必须做好高压调试的准备工作，只有这样才能保证该装置的良好运行。外界非线性电阻吸收装置是防治操作过电压效果很有效的一种方法，已经被大量应用。除了上述两种方法以外，也可通过对灭弧线圈的洁净度和真空度进行控制的方法来抑制过电压。接下来主要介绍谐振过电压的防治方法。(1)消弧线圈调谐中配置的微机控制器具有自动控制功能，解决了老式线圈在调谐过程中要将消弧线圈退出运行的缺陷。我们应当改造老式消弧线圈以预防35kv供电系统中出现的过电压现象，并且大范围使用新型自动调谐消弧线圈。这种新的调谐装置可装设电流互感器二组和二次保护等装置，将变柜改成变兼接地变柜，让消弧线圈在户外进行布置。为限制中性点电压，实现消弧线圈接地回路，可以把阻尼电阻串联起来。从而实现对脱谐度及中性点位移电压的最佳控制。当脱谐度最大不超过5%时，最大故障点残留控制在5A，最大消弧线圈位移电压要控制在相电压的15%以内，使得供电系统可以达到最佳的工作状态，从而控制残流以实现高效熄弧，使得远程遥测、遥调、遥控、遥信成为可能，最终使变电站监管的自动化水平得到进一步的提高。(2)电压互感器铁心饱和会引起铁磁谐振过电压的产生，为实现对这一过电压的防治，工作人员采取了各种各样的方法，虽然都在一定程度上起到了抑制的作用，但始终都不能达到理想的状态。因为铁磁谐振过电压具有非线性量且内容非常复杂的特点，所以即使在部分供电系统中配备了消谐器，但输电线路还是会产生谐振过电压。要想实现35kv供电系统中谐振过电压的抑制，整个供电系统的参数可能都必须有较大的变动，如果同时应用多台TV，只在其中一台TV上装配消谐器，则不能消除谐振过电压现象。只有在中性点上接入消弧线圈才能在很大程度上减小TV中通过的电流，实现电容对小感放电的对抗，进而确保输电线路的安全有效运行。否则，会因为单相接地产生间歇性电弧而出现多次放点的现象，最终导致不良事故的发生，如熔丝的熔断、TV的烧毁等，带来严重的财产损失。

2.2 如何有效的防治外过电压

首先，我们可以提高线路的绝缘性来防治外电压。雷击发生率在一些面积较大地区的输电线路中经常出现，为了减少雷击跳闸，可以增加绝缘子的片数来抑制工频电弧的产生。同时也可通过对瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子的应用来抑制。其次，可使中性点不接地这种方式来防治外电压。在我国的35k供电系统中，老式的消弧线圈接地和中性点非有效接地方式最为常见，它可以很容易的消除雷击引起的很多单相接地故障，使线路绝缘而不出现闪络现象，这样可以增强抗雷击性能，防止建弧现象的发生。所以我们应当确保输电铁塔和钢筋混凝土能可靠接地，使得接地电阻不受任何因素的影响，以达到最大的防治外电压的效果。再次，还可以安装自动重合闸装置防治外过电压。线路绝缘的自动恢复性使得雷击产生的绝缘闪络现象可在线路跳闸后自动消除。故为使雷击跳闸所引起的线路停电情况得到控制，减少输电线路雷击事故的发生，应在35v供电系统中安装自动重合闸装置。此外，我们还可以通过架设避雷线的方式来防治外电压。雷击直击变电站附近的导线时会使导线产生侵入波并传入变电站，影响到变电站内的供电设备。为了实现雷击发生率的降低，必须在离变电站距离较近的一段输电线架设进线为12m的避雷线。同时为了更好的减少雷击率，提升避雷线的屏蔽效果，须调小避雷针对电路线的保护角度。由于35kv线路的绝缘效果很好，故不需要全线都架设避雷线，也为项目施工提供了方便。