电厂升压站侵入波过电压抑制策略

彭 飞

国家电投集团江苏新能源有限公司，江苏 盐城 224000

0 引言

电厂的升压站大多为220 kV升压站，在运行过程中，经常由于操作过度，导致出现电压问题，使设备无法正常运转。因此，有必要全面地对电压进行分析，并且根据其问题找出对应的措施。随着电网技术的不断发展和加强，高科技、现代化的发展促使了220 kV变电站得到了更加广泛的使用，并且不断深入城市的核心供电服务中[1]。

1 低压过电压形成的原因

在电力系统中由于操作不当或故障等问题，在系统的相与地之间、相与相之间以及断路器或隔离开关的两触头之间产生的过电压，被称为操作过电压。就目前来说，许多电厂220 kV的变电站普遍采用三相四线的方法对其进行连接，但是连接方式又不局限于三相四线，还有四相五线的方式存在。TN低压电网的其中一点会与地面进行直接接触，对于可以外露的部分，采用的是TNCS、TNS等方式使其与地面进行接触。根据用途的不同，变电站在接地形式的选择也有所不同，如防雷式、防静电式等，形式多样。但是，只有使接地工作更加规范与完善，才能够有效避免操作人员在相关操作的过程中出现安全问题。同时，要保证设备的良好运行，及其运行的稳定性。

2 操作空载变电器时产生的过电压

2.1 过电压概述

过电压是指在电力系统中所出现的电压变高、电位变大的情况，这种情况一旦出现就会对绝缘造成危害。参数的周期性变化等因素，会引起非线性谐振，需要明确的是否是非线性促进了谐振过电压的产生。这种情况下形成的过电压被称为谐振过电压，而谐振的特点在于，谐振过电压的持续时间较长，在发生故障后对其进行故障排除时，需要特别明确和注意。

2.2 原因分析

变电器的空载运行，具体是指第一绕组和电源之间的互相连接，这时第二绕组可以说是正处于开路的状态中。空载电流发生变化时，往往是在变压器出现空载运行，具体即一次绕组与电源进行接通后，就会产生电流。如果没有空载变压器，在电流较小时，断路器会在游离的作用下发生熄弧，这种情况的出现被称为截流，容易引起变压器出现过电压的情况，因此需要对其进行检测[2]。另外受交变电流周期性变化，使铁芯受到影响，使铁磁材料偶极子的排列也随着作周期性变化并产生磁滞现象，因而产生铁芯交变磁化的功率损失，通常称磁滞损耗[3]。

2.3 有效防范措施

在变压器出现空载时，无法避免会出现截流现象，严重时还会引起操作过电压发生，但是可以对其进行控制。根据截流过电压的计算公式，可以采取有效、科学的措施，来对空载截流、变压器的寄生电容，进行合理降低和提高，在一定程度上使变压器产生绕组电感的概率得到抑制。

铁芯磁通密度是影响变压器铁芯空载损耗的重要参数，因此，通过对铁芯进行改善，在铁芯有效截面不变的前提下，必须使铁芯各个部分的磁通密度分布趋于均匀，降低铁芯拐角处局部磁通密度，对空载电流进行降低处理，原因是空载电流中蕴含了铁损电流、磁化电流。其中，铁损电流源于铁损的消耗程度，磁化电流源于磁通，可以发现，要想降低空载电流，关键在于对变压器的铁芯进行改善。要想有效提高变压器的铁芯质量，可以将铁芯的内部结进行改进、加强，铁芯采用多级接缝可降低变压器铁芯空载损耗，可以根据实际情况采取接缝级数，考虑变压器片型、工时、性能等方面，一般采用三级接缝即可。减小铁芯搭接面积，可以降低铁芯空载损耗。对于变压器可根据产品结构确定搭接面积的大小。合理选择铁芯片宽，减小铁芯角重，降低铁芯材料，降低空载损耗。在确定了铁芯直径后，选取主级片宽比直径小10 mm的效果优于比直径小5 mm的效果[4]。同时在对变压器进行大规模修整的阶段，必须科学、严格的依靠质量标准来对铁芯进行检测和维修，必要时可以对其进行更换，这些对操作过电压的发生能有效防范。

3 雷电侵入过电压的有效解决措施

3.1 装避雷针

装设避雷针保护整个变电所建筑物免受直接雷击。避雷针可以防护直击雷。避雷针可以单独立杆，也可以利用户外配电装置的构架或投光灯的杆塔，但变压器的门型构架不能用来装设避雷针，以防止雷击产生的过电压对变压器发生闪络放电。在选择独立避雷针的安装地点时，避雷针及其接地装置与配电装置之间应保持合适距离。在地上，由独立避雷针到配电装置的导电部分之间，以及到变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般不小于5 m。在地下，由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般不小于3 m。

3.2 装避雷线

在易于遭受雷击的地点以及修复比较困难的通信电杆上，安装避雷线能够起到较好的雷电防护作用。避雷线一般由铁线制成，通过卡钉固定在电杆上，避雷线的下部埋在土壤中，从而保护电杆免受直击雷的攻击。但对于电杆之间的线缆，还需要安装架空地线。架空地线的安装需要高出电杆顶端一定的高度，用镀锌的铁线架设，并在每根电杆上焊接一条引线，沿着电杆接地。

4 母线系统上产生谐振过电压

4.1 原因分析

如果变压器、互感器这两者上都存在铁磁电感，会引起铁磁谐振（见图1）。谐振的产生主要是因为暂态出现了分合闸，导致铁芯随之发生变化，并且达到饱和状态。铁芯对铁磁谐振的出现影响较大，其饱和情况更是决定了铁磁电感的强弱程度，而电压值又对铁芯的饱和情况起到重要作用，可以通过对三相绕组的电压幅进行提高来间接提高铁芯的饱和状态。在母线系统上的铁磁谐振，可以是串联铁磁谐振与并联铁磁谐振两种。这两种谐振在电感的变化范围内会出现变大的情况，导致电压的产生。

图1 谐振过电压示意图

4.2 有效防范措施

母线系统产生铁磁谐振的原因如下：电压器存在质量上的问题，伏安特性的稳定性不足。这两个原因导致铁芯处于饱和状态，可能存在电缆线路被连接到母线上的情况，还可能是开关的检修工作没有具体落实到位等。具体防范措施如下。

第一，倒闸。通过操作隔离开关、断路器以及挂、拆接地线将电气设备从一种状态转换为另一种状态或使系统改变运行方式，这种操作被称为倒闸操作。需先明确操作的步骤，当母线无法正常运行时，需适当调整其顺序。在进行母线倒闸工作时应当注意，在这一过程中如果有铁磁谐振现象的出现，应该对接线方式做出相对应的调整，终止谐振回路电源的工作，避免谐振现象的持续产生。

第二，操作技术和设备。需要先对系统参数有一个详细的了解和认知，对于需要检查和计算的参数数据进行准确计算和检查，再以标准数值为依据，对这些数值是否处于谐振范围进行判断。对设备进行改进也是重要的步骤之一，在使用电容式电压互感器时，需要保证在此过程中不会出现铁磁谐振的现象。选用电感式电压互感器时，要选择质量过关、伏安特性高并且有抗磁感能力强的设备。一方面是设备的选择，另一方面是后期的保养与维护，从而保证设备在日后工作中正常运转。

5 其他注意事项

在操作设备的过程中，需最大限度地防止过电压现象的产生，因为谐振过电压和操作过电压都会造成安全问题，如破坏设备、威胁操作人员的人身安全。220 kV的升压站采用的储能元件较多，在隔离开关工作时，这些储能元件可能在静电场的作用和影响下，发生能量转换，因此需要对其进行全面了解。电厂220 kV升压站在进行操作时，容易引起过电压，因此有必要采取有效措施来减少过电压现象的产生。

6 结论

在电厂变电站日常运行的过程中，容易出现过电压的情况，发生危险事故的比例较大，如果控制不到位，可能会造成严重的后果。在日常工作中，可以把在电力中所出现的问题和故障与操作进行结合，对变压器发生的故障需要正常操作来进行消除。通过上文分析，当发生过电压时，根据过电压类型的不同，采取的策略也各不相同。当操作空载变电器产生过电压时，可以通过对截流过电压的计算公式以及改变铁芯降低空载电流来进行过电压的防范；当雷电侵入发现过电压时，可安装避雷针及避雷线进行解决；母线系统产生谐振过电压时，可进行倒闸操作进行防范处理。