氯碱企业10 kV供电系统内部过电压的分析及其防护措施

耿庆鲁（德州实华化工有限公司，山东 德州 253007）

氯碱企业10 kV供电系统内部过电压的分析及其防护措施

耿庆鲁
（德州实华化工有限公司，山东 德州 253007）

针对操作过电压和谐振过电压，采取在电压互感器PT上加装二次微机消谐装置，在10 kV母线上加装智能型接地补偿装置以及在电动机、变压器侧加装过电压保护器等办法，可以很好防护过电压对10 kV供电系统的威胁。

过电压；消谐器；接地补偿

1 产生过电压原因分析

在中性点不接地运行方式的10 kV供电系统中，造成设备故障或损坏的过电压形式主要有：谐振过电压、直击雷过电压、雷电反击过电压、操作过电压等，不同的过电压形式对设备的损坏程度不同。

（1）谐振过电压

10 kV电压互感器经常因为谐振过电压造成髙压侧熔断器熔断的故障。变电站10 kV系统属中性点不接地系统，当发生接地故障时，系统相电压升高，加在线圈两端的电压升高，铁芯磁饱和，感抗变化。PT的感抗和线路的对地容抗匹配时即会产生铁磁谐振过电压，电压升高，电流变大，使高压侧熔断器熔断。

当发生单相接地故障时，对地电容电流较大，产生电弧不能自熄灭，出现弧光过电压，铁芯更易发生磁饱和，引起谐振过电压，使PT高压侧熔断器熔断，甚至引起母线短路或接地故障，造成大面积停电。谐振过电压分为以下3种。

a.线性谐振过电压谐振由无铁芯电感元件和系统中的电容元件所组成。

b.铁磁谐振过电压谐振由带铁芯的电感元件和系统的电容元件组成。

c.参数谐振过电压由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成，当参数配合时，形成参数谐振过电压。

针对谐振过电压的种类，对谐振过电压的抑制措施如下。

a.提高开关动作的同期性。

b.在并联高压电抗器中性点加装小电抗。

c.禁止发电机自励磁运行，防止参数谐振过电压。

（2）接地不良引起雷电反击过电压

当强大的雷电流通过避雷针、避雷线的引下线或构架等接地体向地网泄放时，因接地阻较大，残压过高而通过避雷器进行反击，以致破坏避雷器。比如主变10 kV侧出线避雷器过电压烧毁现象。出现这种现象的主要原因是接地电阻偏大 （标准要求小于等于0.5 Ω）。

（3）雷电流感应引起的过电压

10 kV架空线或配电线因雷击而引起雷电流入侵，入侵的进行波遇到阻抗突变的结点时会因反射而使电压升髙，来回反射并扩散的高电压碰到绝缘相对薄弱处便可能击穿造成事故。

（4）操作过电压

操作过电压是由电气操作，导致系统的状态发生突然变化而引起的过电压。

真空断路器在操作时，可能由于截流、重燃或三相同时开断等原因而产生操作过电压。操作过电压主要表现为相间过电压，最髙可以达到3.5倍Ue，电流波形最宽处不超过5 ms；而相对地过电压一般较低，不会对设备的对地绝缘造成危害。操作过电压主要有：a.切除空载线路引起的过电压；b.空载线路合闸时引起的过电压；c.切除空载变压器时引起的过电压；f.电弧接地过电压；e.系统解列过电压。

限制操作过电压的措施：a.选用灭弧能力强的高压开关；b.提高开关动作的同期性；c.开关断口加装并联电阻；d.采用性能良好的避雷器，如氧化锌避雷器；e.让电网的中性点直接接地运行。

2 防止过电压的基本原则和措施

（1）防止过电压的基本原则

为了实现对过电压的可靠防护，保障电气设备以及保护器自身的安全运行，应采取针对性防护措施。

a.保护的全面性。保护要考虑系统各种可能的过电压；b.绝缘配合的可靠性。保护装置的参数设计必须与设备的绝缘耐受能力进行合理匹配；c.保护装置自身的安全性。既保护电气设备，自身也能安全运行。

（2）防止过电压的措施

a.谐振过电压的防护。对于谐振过电压，由于其作用时间的不确定性，要求避雷器完全能够耐受显然是不经济、不合理的。谐振过电压的防护，可以采用中性点经消弧线圈的运行方式，或者安装XHB消弧限压装置。

b.雷电过电压的防护。对于直击雷过电压，较多的采用避雷网、避雷针进行防护；对于雷电侵人波过电压，由于其表现形式主要为相对地过电压，一般采用氧化锌避雷器加以防护。

（3）操作过电压的防护。随着真空断路器的大量使用，供电电缆的增多以及电网规模的扩大，内部过电压的危害也越严重。内部过电压更多地表现为相间过电压，三星型接法的氧化锌避雷器对相间过电压基本没有防护作用，在电动机、变压器负荷侧安装组合式避雷器（TBP）是一种可行的保护方案。

3 10 kV供电系统内部过电压分析

雷击过电压通过避雷网、避雷针、以及氧化锌避雷器可以有效预防。但是，在中性点不接地运行方式的10 kV供电系统中，内部过电压出现的情况较多。由于真空断路器的广泛采用，以及电网规模不断扩大，电压互感器柜的增多，电缆的使用越来越多，因开断空载变压器及高压电动机等操作过电压和单相接地时电弧不能自熄形成的谐振过电压越来越严重，成为电网及设备安全运行的主要威胁。

（1）操作过电压

由于真空断路器分断速度快、灭弧能力强，从而产生截流过电压和三相同时截流过电压，另外开断后还会产生高频振荡，使断路器发生多次重燃过电压，主要表现为相间过电压，幅值最高可以达到3.5倍Ue，而相地过电压数值仅为1.75倍Ue。

（2）谐振过电压

由于10 kV母线上有大量星形接线的电压互感器，其一次绕组中性点直接接地，成为电网对地电容电流、高次谐波电流的充放电途径。当出现接地时，电压互感器的电感相当于与非故障线路对接电容并联，构成并联谐振电路，条件合适时，产生铁磁谐振过电压。此时互感器一次侧的电流最大，可使电压互感器的高压侧熔断件熔断，或者烧坏电压互感器、电缆或造成避雷器爆炸等事故。

铁磁谐振过电压除了危害互感器，波及到相邻的开关柜，更多的事故则是发生在备用的或处于断开状态的高压开关设备上。因为谐振发生时具有电压幅值高、变化速度快且极易在断口处出现反击等特点。极高的反击电压对那些具有某些缺陷或绝缘环节不够完善的高压开关将会造成击穿爆炸事故。

4 10 kV供电系统内部过电压防护措施

（1）在电压互感器上加装二次微机消谐器和一次消谐装置

微机消谐装置是利用计算机快速、准确的数据处理能力，通过对电压互感器开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率和电压实现相应的快速分析，准确地辨别出：a.单相接地；b.过渡过程；c.电网谐振。如果是谐振，计算机投入消谐电路。谐振消除后，装置作出相应的记录和指示。消谐装置完成后，继续循环监测。如此循环往复，进行“测量—分析—判断—故障—消谐—测量”等循环过程。

微机消谐装置结构框图如下

图1 微机消谐装置结构框图

（2）10 kV母线加装智能型接地补偿装置

在中性点不接地的10 kV母线上加装了智能型接地补偿装置，这种方法是利用微机技术，自动控制电动式消弧线圈，当电网对地电容发生变化时，自动调节消弧线圈的分头，使之处于最佳值，当电网发生单项接地时，流过消弧电抗器的电流与对地电容电流相互抵消，使故障点的残流限制在安全值以下（如5 A），电弧熄灭。

a.对电网电容电流的自动跟踪补偿。智能型接地补偿装置由接地变压器、可调电抗器，控制阻尼柜和计算机控制系统4部分组成。

检测中性点位移电压VN的变化，当变化量△VN超过设定值，计算机系统就启动测量调感程序，对电网电容电流进行测量，并自动调整补偿电流，使残流小于控制值，来实现对电网电容电流的自动跟踪补偿。

b.对铁磁谐振过电压的抑制。没有接地补偿装置时，当发生单相接地，出现谐振过电压时，电弧间歇型放电，线路对地电容充电，当电弧接地电流过零点熄灭的瞬间，电容电流又向PT放电，这样会造成保险熔断，PT烧毁。但当配有接地补偿装置时，电容电流通过接地补偿装置放电，这样流过PT的电流很小，从而不会使保险熔断和PT烧毁。

c.对谐振过电压的抑制。智能接地补偿装置可在全补偿（或靠近谐振点）状态下运行，使接地点的故障残流为零或很小，谐振过电压无法产生；另一方面，中性点接入了阻尼电阻R，能有效将谐振过电压限制在1.8倍相电压之内，使装置具有小电阻接地和消弧线圈接地的双重优点。

（3）在电动机、变压器侧加装过电压保护器（TBP）

对容量较大主变压器侧和高压电动机侧加装四星形接法的过电压保护器（TBP）。电动机过电压保护接线图见图2。

图2 电动机过电压保护接线图

这种接线方式可将相间过电压大大降低，据有关数据测量与常规避雷器相比，相间过电压峰值下降了60%～70%，可靠地保护了设备。

5 TBP过电压保护器的优点

对高压电机和变压器负载在开断时截波过电压和三相同步开断时，过电压的产生主要体现在负荷侧，直接对设备产生危害。因此，除了在母线上安装三星形氧化锌避雷器外，应在开关主变压器侧和高压电动机侧加装TBP过电压保护器，更加可靠地对设备给予直接的保护，TBP过电压保护器其优点如下。

（1）TBP过电压保护器采用了间隙和氧化锌阀片组成，两者互为保护

这种接线方式可将相间过电压峰值大大降低，下降60%～70%。

（2）采用了性能良好的氧化锌阀片

间隙动作后，立即熄弧，无续流、无截波，通流量减小寿命长。

（3）相对地、相对相保护电压值降低，在单相接地，间隙性谐振和谐振过电压下可长期安全运行。

6 结论

在中性点不接地10 kV供电系统中，操作过电压和谐振过电压是10 kV供电系统电气设备的主要威胁。针对这2种过电压，提出在电压互感器PT上加装二次微机消谐器和一次消谐装置、在10 kV供电系统母线加装智能型接地补偿装置以及在电动机、变压器侧加装过电压保护器是有效的解决方法。

［1］杨成德．智能接地补偿装置的发展及应用．湖南电力，2001（6）．

［2］刘志清．电网谐振过电压的防治．农村电气化，2005（5）．

Internal over-voltage analysis and protection measures of chlor alkali enterprises 10 kV power supply system

GENG Qing-lu
（Dezhou Shihua Chemical Co.,Ltd.,Dezhou 253007，China）

Aimed at operating over-voltage and resonance over-voltage，install two microcomputer harmonic elimination device on voltage transformer PT，install Intelligent earthing compensation device in 10 kV bus and install voltage protector on transformer side，could be very good to prevent over-voltage damage to the power supply system.

over-voltage；harmonic eliminator；grounding compensation

TM715

B

1009－1785(2017)01-0004-03

2016-08-22