电力系统过电压类型探析

摘 要：过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。本文分析了电力系统过电压的两种类型。希望本文的研究能为彻底解决电力系统过电压提供了依据。

关键词：电力系统 过电压 类型

电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高现象称为电力系统过电压。过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。过电压分为以下两大类。

一、大气过电压

大气过电压也称雷电过电压。雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。雷击引起暂态过电压通常可以通过电网线路传递或祸合到电网设备上，造成设备坏。

对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变电站到达变压器中性点，伴随产生变压器励磁电感与线路电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对变压器及其他电力设备造成威胁，甚至使绝缘损坏。大气过电压一般分为两类，直击雷过电压和感应雷过电压。

1、直击雷过电压

雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击，直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。

2、感应雷过电压

雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。感应雷过电压主要发生在架空输电线路上，感应雷过电压幅值约300-400kV，只对35kV及以下电压等级的电力系统绝缘强度有危险。

二、内部过电压

在电力系统中，除了雷电过电压以外，还有另外一种类型过电压—内部过电压。它的产生根源在电力系统内部，通常都是因为系统内部电磁能量的积聚和转换引起。内部过电压可按其产生原因分为工频过电压、操作过电压和谐振过电压。它们可以按持续时间的长短来区分，一般操作过电压的持续时间在0.1 s（五个周波）以内，而工频过电压和谐振过电压持续的时间要长得多。

1、工频过电压

（1）空载长线电容效应（费兰梯效应）：输电线路具有电感、电容等分布参数特性。在工频电源作用下，远距离空载线路由于电容效应逐步积累，使沿线电压分布不相等，末端电压最高。超高压输电线路长度大于300km时，应考虑电容效应引起的空载线路末端电压升高。

（2）非对称接地故障：不对称接地短路是输电线路最常见的故障形式，发生故障时，由于相间的电磁祸合，可能使健全相工频电压升高。统计表明，在不对称接地中，以单相接地时非故障相的电压升高最为严重。

（3）甩负荷引起的工频电压升高：当输电电路在传输较大容量时，断路器因某种原因引起突然跳闸甩负荷时，会在原动机与发电机内引起一系列机电暂态过程，它是造成工频电压升高的又一原因。

在发电机突然失去部分或全部负荷时，通过激励绕组的磁通因须遵循磁链守恒原则而不会突变，与其对应的电源电动势Ed维持原来的数值。原先负荷的电感电流对发电机主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使Ed反而增大。

2、操作过电压

电力系统中的电容、电感元件均为储能元件。当系统操作或故障使其工作状态发生变化时，将产生电磁能量振荡的过渡过程。在这个过程中，电感元件储存的磁量会在瞬间转化成电场能量储存于电容元件之中，产生数倍于电源电压的过渡过程过电压，这就是操作过电压。它是高频振荡、强阻尼、在几毫秒至十几毫秒后衰减消失暂态过电压，它的峰值也具有脉冲性质，称为操作冲击波。

（1）弧光接地过电压：中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于接地电弧间歇重燃现象而引起的过电压。接地电弧每次经过零点都要经历熄灭和重燃的过程。较小的电弧电流可以自行熄灭，不致重燃。较大的电弧电流则会稳定地重燃，必须靠开关操作才能切断。中性点不接地系统，单相接地电流是电容性的，一般超过10A，电弧既不容易自行熄灭，又不足以稳定重燃，因而发生间歇重燃现象。电弧每次间歇重燃都引起系统电磁振荡，振荡逐次加强，使系统出现过电压。

弧光接地过电压最高可达3.5Uph-m，Uph-m为系统最大工作相电压幅值。使用消弧线圈可将弧光接地过电压限制到3.0-3.2Uph-m。电力系统中性点经过消弧线圈接地，当发生单相接地故障时，流经消弧线圈的电感电流抵消一部分系统电容电流，使故障点电弧电流减小，易于自行熄灭，避免多次重燃。

（2）空载变压器分闸过电}#：电力系统中的并联电抗器、消弧线圈、轻载变压器及电动机等均为电感元件，对这些元件进行分闻操作时，由于被开断的感性元件中所储存的电磁能量释放，产生振荡，将形成分闸过电压。

（3）切除空载线路过电压：在电力系统中开断空载线路、电容器组等电容性元件时若断路器有重燃现象，则被分闸的电容元件会通过回路中电磁能量的振荡，从电源处继续获得能量并积累起来，形成过电压。

（5）解列过电压：多电源供电系统中，出现非对称短路或异步运行而使系统解列时，在其形成的单端供电空载线路上会产生解列过电压。

3、谐振过电压

谐振是指振荡回路中某一自由振荡频率等于外加强迫频率的一种稳态现象。在这种周期性的运行状态下，发生谐振的谐波幅值会急剧上升。

电力系统中的电器设备具有电阻、电感及电容属性，发电机、变压器、电抗器、电磁式电压互感器、消弧线圈、导线电感等可作为电感元件：导线对地电容、补偿电容器、相间电容等可作为电容元件。在正常运行时，这些元件的参数不会形成串联谐振，但当发生故障或操作时，系统中某些回路由于重新组合而构成各种振荡回路，在一定能源的作用下可能产生串联谐振，导致严重的谐振过电压。谐振过电压的持续时间比操作过电压长的多，甚至是稳定存在的，直到破坏谐振条件为止。

三、小结

过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。本文分析了电力系统过电压的两种类型。希望本文的研究能为彻底解决电力系统过电压提供了依据。

参考文献

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