变电站过电压分析及防护浅析

摘 要：电力系统由于内部或外部原因常会造成系统过电压。实践表明，过电压是造成电网绝缘损坏的主要原因，同时也是选择电气设备绝缘强度的决定性因素，因此必须采取强力措施加以限制。过电压通常可分为两大类，既大气过电压和内部过电压，其中内部过电压又可分为工频过电压、操作过电压、谐振过电压三种。本文分析电力系统过电压的各种不同类型及其产生原因，并提出预控措施。

关键词：过电压；分类；产生原因；防护措施

0.引言

我国电网发展很迅速，早在八十年代就开始发展500kV 超高压线路。随着电网电压的升高，电网规划设计及输变电工程设计要涉及的系统问题，也有很大变化，35-110kV 电网主要研究潮流、短路电流问题，220kV 电压就增加了稳定问题，电压升到330kV 后，则还必须研究其内过电压问题。

当电力系统中某部分电压高于正常运行电压的时候，即电位差高于正常电位差的时候，可能会对电力系统绝缘结构造成损伤甚至击穿。这种情况称为过电压。根据发生原因，分为两种：外部过电压和内部过电压。内部过电压：电力系统内部由系统故障或人员误操作引起的过电压称为内部过电压。一般为暂态过电压，按照发生原因分为稳态性质的暂时过电压和暂态性质的操作过电压。暂时过电压主要包括工频过电压和谐振过电压。

1.外部过电压

1.1外部过电压。由大气中雷电现象引起，又称雷电过电压、大气过电压。当雷击发生时，雷云和地面间发生放电现象，对电力系统产生影响。由于其放电时间短（数十微秒级别），又称为雷电冲击波。根据影响类型分为两种：感应雷过电压和直击雷过电压。

1.2限制措施

直击雷是高压线路产生雷电过电压的主要因素，我们按照收到直击雷影响后线路的跳闸进程将限制措施分成四个部分：

1.2.1第一层防护是导线：采用避雷线或者是避雷针防止雷直接击坏导线，或者是把导线换成电缆防止雷击。

1.2.2第二层防护是防止雷电的反击：降低杆塔的冲击接地电阻，增加耦合和分流（采用双避雷线、耦合地线、不平衡绝缘），加强绝缘，采用管型避雷器等。

1.2.3防止建弧：增强绝缘（采用瓷横担、木横担），电网中性点经消弧线圈接地等。

1.2.4防止供电中断：环网供电，安装重合闸等。

2.操作过电压

2.1操作过电压指由于发生了断路器操作或突然短路引起的过电压，其设计人工操作，持续时间一般比较长，可达几十毫秒级别。其电压幅值较高，一般达到正常运行电压三倍以上。常见的操作过电压引发原因有：（1）切除空载线路（2）空载线路合闸或重合闸（3）切断空载变压器（4）断续电弧接地。

2.2限制措施

2.2.1从增强电气设备的绝缘性能着手。实时严格监察电气设备的绝缘情况，当发现绝缘不合理容易发生事故之处应立即处理，防患于未然，离线测试增强绝缘性能不足之处。对于距离很远的中性点不接地的系统，接地电流大，如果情况允许的话可尝试将电网分开工作，能够更快的实现接地电弧自熄。

2.2.2限制切空變过电压的措施是针对其产生的机理，该过电压由断路器的截流造成，主要采用阀型避雷器进行限制。

2.2.3改善断路器的结构，在快速灭弧之后不会重燃，优化增强触头间介质能够恢复的程度，这些方法都能够限制空线过电压的产生。改善灭弧性能防止断路器在开断空线中重燃现象的产生，可以通过使用有特殊性能的断路器，例如空气断路器和配备了压油式灭弧装置的少油断路器。

2.2.4一般长线路比较成熟和常用的方法是线路侧并联电抗器，辅助以性能良好的金属氧化物避雷器作为二次限制。短线路就只需要使用金属氧化物避雷器一种限制方式即可。

3.谐振过电压

3.1当电力系统中储能元件（如电容、电感等）在接线方式不恰当时，某些情况下会与电源频率发生谐振，产生过电压。这种过电压称为谐振过电压，按照发生原因分为以下几类：（1）铁磁谐振过电压（2）线性谐振过电压（4）参数谐振过电压。谐振过电压与引起的电容电感元件参数有关，另外还涉及到系统结构、系统中性点接地方式、电网设备性能。其特点为持续时间长过电压倍数高，必须消除谐振才能清除，一般在系统设计和运行时加以规避。

3.2限制措施

抑制参数谐振过电压的措施有：利用快速自动励磁调节装置消除同步自励磁；在高压电网中投入并联电容器，补偿线路电容，使得等值容抗大于和从而消除谐振；临时投入串联电阻。

铁磁谐振过电压的消谐措施：加装消谐器。目前大部分的电力系统都是使用消谐器安装到系统中以达到消除谐振的目的，使用广泛技术成熟，根据铁磁谐振一次二次谐振特性，加装消谐器也有相应的两种，即加装二次消谐器和加装一次消谐器。

限制谐振产生的过电压的基本方法是破坏线路的谐振条件，恢复到正常的运行状态，还可以通过增加回路的消耗来实现。在电力系统设计和运行时，应采取措施规避能够产生谐振的各种条件。

4.工频过电压

4.1工频过电压一般产生于电网系统运行状态的骤变或长线路的电容效应。空载长线会有电容效应，在工频电源作用下，远距离空载线路的电容效应导致沿线电压不均等，电源端电压低末端电压高，造成过电压。当线路不对称接地时，如三相输电线a相短路接地，会导致b、c两相上电压升高，形成过电压。当线路上由于突发故障瞬间甩掉负荷时，电源电动势不能及时响应自动调整，造成过电压，称为甩负荷过电压。

4.2限制措施

4.2.1 对于一些老旧和传统的发电机组很有可能使用的还是手动方式进行调整励磁，手动方式反应慢会造成长时间的过电压稳定慢，自动励磁装置调整快，工频过压明显小于手动励磁，因此一定要改为使用自动的电压调整励磁装置；

4.2.2增大机端的负荷数量和负荷功率。特别要增加距离发电厂很近的所谓的机端的负荷，这些负荷属于无功负荷，能够限制电压上升幅度和机组的转速，能够有效地抑制工频过电压的大小；

4.2.3在使用现有的系统时，在正常操作或事故跳闸时也要注意，合闸时， 先合线路电源容量较大的一端也就是末端，应该先合闸，电源容量较小的一端也就是线路的首端在末端之后操作；分闸时，应该先打开线路的首端，然后再首端之后操作末端；

4.2.4如过设备使用允许时，尽量多的使用机组，以此来降低机组的负荷率，提高线路输送负荷的功率因数；

4.2.5要定期检查和维护机组的调速器，使其保持好的工作状态。调速器在发生甩负荷过电压情况时，能够减缓过电压的增大，使工频过电压快速从暂态过度到稳态，同时还能够减小系统因为过电压而造成更大程度的损坏，减小过电压对系统造成的危害；

4.2.6要重视对机组的使用操作和维修保养，杜绝人为的使用错误和判断错误，从外因上降低工频过电压产生次数。

5.总结

电力系统过电压是发展超高压和特高压电网所必须研究的重要课题，它不仅影响变压器、断路器、输电线路等电力设备绝缘强度的设计，而且还直接关系到电力系统是否能够安全可靠的运行。本文针对输电系统中过电压的产生进行了分类和产生原因简析，并提出相应的抑制措施，从而指导减小过电压造成的损害。

参考文献：

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[2]张绍林.变电站过电压分析及防护措施.华北电力大学 ，2013.

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[5]马琳琳.试论电力系统过电压的产生与保护.《科学中国人》 ， 2015 （29）.

作者简介：

王舶屹1989年3月1日、性别男、民族汉、籍贯四川省眉山市仁寿县、就职单位中国水利水电第七工程局有限公司、职称助理工程师、主要从事输变电工程现场工程技术管理工作。