电力系统过电压的产生原因分析及限制策略

摘要：本文通过介绍过电压的概念引出其产生的原因，然后通过对其原因的探究得出相应的控制策略，主要论述了过电压的成因和解决措施。

关键词：谐振；过电压的产生；原因与措施

一. 电力系统过电压的概念

通常情况下，电力系统处于正常的工作状态，系统的运行也正常，此时电气设备在额定的电压之下处于绝缘的状态，而一旦遭遇雷击或者由于操作不当、仪器发生故障或者参数配置不合理等原因，造成系统中的某区域的的局部电压升高而超出设备正常的运行范围称之为过电压。这种过电压一般可以分为内部和大气这两种过电压，前者发生的原因主要是拉闸、合闸的操作，接地或者断线的事故以及其他的一些不可预料的细节问题，这些小问题可能引起电力系统的状态突然发生变化从而产生局部过高电压，造成整体系统的危害，内部过电压发生的跟本原因还是由于系统内的电磁能集聚和振荡所引发的。通常将系统内部的过电压划分为：暂态的过电压和操作过电压。顾名思义，操作过电压就是由于系统的操作故障或者失误时所引发的，主要的特点就是随机性较大。后者的大气过电压通常被划分为感应雷击、直接雷以及侵入雷电波这三种过电压，这种过电压的特点就是持续的时间非常短，但是其冲击的能力非常强，对系统的伤害也比较大，破坏程度的强弱跟雷电活动的强度有非常紧密的关系，而与设备的电压等级关系不大，在220KV之下电气系统的整体绝缘水平主要是由防止大气的过电压所决定的。

二. 浅探电力系统过电压产生的原因以及解决的措施

1.操作过电压产生的原因以及解决的方案

上面我们提到了内部过电压中操作过电压具有很大的随机性，这种情况的过电压在最糟糕的情况下其倍数相对较高，330Kv以及这之上的超高压的系统绝缘水平是由操作过电压决定的，其除了具有随机性的特点之外，还具有较高的幅值和高频的振荡，另外就是衰减较为迅速。这种操作过电压产生的原因有很多，其中主要的包括了：第一，在将空载电路切除的过程中容易产生过电压，此时产生的原因主要是由于电弧的重燃和在线路上的残留的电压；第二，发生在空载电路合闸上的过电压主要是由于在合闸的过程中，由于瞬间的暂态中发生了回路上的高频振荡；第三，如果电网中的中性点没有接地，而恰巧单相金属接地的情况发生了，那么将会使得正常相的电压达到线电压。一旦单相接地而且是通过间歇性燃烧的电弧的形式，那么在系统中的正常相和故障相中都会有过电压的产生，这种情况的过电压也称作电弧接地过电压，这种类型过电压的本质就是高频振荡。也就是在中星点不接地系统中，当发生一相接地故障时，常出现电弧，由于系统中存在线路电容和电压互感器电感，及有可能引起线路某一部分的振荡，当电流经振荡点或工频零点时，电弧可能暂时熄灭，之后当事故相上电压升高后，电弧则可能重燃，这种断断续续的、熄灭和重燃交替进行的对地放电，将造成在正常相及事故相上出现过电压，使系统内的绝缘薄弱部分有可能遭受击穿放炮。单相接地故障在系统中出现的机会较多，因而引起这种过电压的可能性是很大的，故应对其危害有足够的重视。98年前唐钢的60%电气放炮事故都是由一相接地故障引起的。第四，在将空载变压器切除的过程中容易产生过电压，产生的原因就是当变压器的空载电流发生突变的时候变压器的绕组磁场的能量就会全部转化成电场的能力，从而变压器就会发生等值电容的充电，导致过电压的出现。在解决这些情况下的过程中主要采取的措施有：选择使用灭弧能力更加强的高压断路器；在进行断路工作的时候注意提升动作的同期性；在断路器的端口进行并联电阻的加装；在避雷器的选取上要选择性能更加优良的；注意将电网中性点的接地运行。

2.谐振过电压的产生原因以及解决的措施

所谓谐振过电压就是由于在电网中，由于电容和电感元件的参数进行不恰当的组合，使得谐振得以产生，这种过程中产生的过电压所具有的特点是倍数较高而且持续的时间要比操作过电压要长，这种过电压产生的原因有很多，主要包括：线性的、铁磁的和参数的三类谐振过电压，第一，线性的谐振过电压中，主要是由于谐振回路是由输电线路电感或者变压器漏感等不带铁芯的电感元件构成抑或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件和存在系统之中的电容元件构成。第二，铁磁谐振过电压中，由于在谐振回路中主要由带有铁芯的电感元件和系统之中的电容元件所构成，因而带有铁芯的电感元件极易出现饱和的现象，从而就使得回路中的电感参数形成非线性的图像，一旦满足一些谐振的条件那么就会产生所谓的铁磁谐振。第三，就是参数谐振过电压，在这种过电压发生中，主要是由拥有周期性的电感元件与系统之中的电容元件进行回路的组成，如果参数可以配合那么由于电感元件的发生周期性的变化，就会向谐振系统不断输送能量，从而形成谐振过电压，在解决谐振过电压的措施中，主要有：首先，如果进行断路工作时，一定要保证断路器的同期，以防非全相运行而生成谐振过电压；其次，可以的话尽量在并联高压电抗器的中性点进行小电抗的加装，从而阻断非全相在运行过程中工频电压的传递和串连谐振；最后，就是为了尽量的防止谐振过电压，要尽量破坏发电机能够生成自励磁的条件。

3.工频过电压所产生的原因和避免的措施

在工频过电压产生的原因中，主要有；第一，这种过电压主要是长线路的电容效应和电网的运行方式突变所引起的，它的特点就是持续的时间相对较长，但是过电压的倍数却不是很高，因而对电气设备的绝缘威胁性不是很大，但是对于确定远距离输电和超高压的绝缘水平非常重要；第二，由不对称的短路所引发的工频过电压，在单相断路或者两相不对称短路时，非故障相电压能够达到比较高的数值；第三，就是甩负荷的瞬间引发的工频过电压：其一，在线路中输送大功率的时候，发电机的电势要比母线的电压高，在甩负荷之后，发电机本身的磁性不会发生突变，只能在这段时间内维持大功率输送的暂态电势，使得工频电压得以升高；其二，在线路末端的断路器跳闸之后，空载的线路依然是电源在充电，电容效应较为显著，使得工频电压过高；其三，在甩负荷之后发电机的转速会相应的增加，这使得电势和频率升高，因而工频电压也就升高了。限制工频过电压的措施主要有；首先，并联高压电抗器补偿空载线路的电容效应；其次，.静止无功补偿器补偿空载线路电容效应；再者，变压器中性点直接接地降低不对称故障引起的工频电压升高；再者，发电机配置性能良好的励磁调节器或调压装置，使发电机甩负荷时抑制容性电流对发电机助磁电枢反应。防止过电压的产生和发展。最后，发电机配置反应灵敏的调速系统, 甩负荷时限制发电机转速的上升造成的工频过电压。

4.大气过电压产生的原因和解决的措施

大气过电压又称为外部过电压, 包括对设备的直击雷过电压和雷击于设备附近时在设备上感应的过电压。为防止直击雷对变电站设备的侵害,变电站装有避雷针和避雷线。为防止进行波的侵害, 按电压等级装阀型避雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器和与此配合的进线保护段, 即架空地线、管型避雷器或火花间隙, 在中性点不接地系统中装消弧线圈, 可减少雷击跳闸次数。所有防雷设备都装有可靠的接地装置。防雷装置的主要功能是引雷、泄流、限幅、均压。过电压可能引起电气设备绝缘弱点的闪络及电气绝缘的损坏甚至烧毁。在超高压系统中, 内部过电压是反映绝缘水平的主要因素之一, 因此了解过电压产生的原因采取相应限制过电压措施对电力系统运行及检修人员是十分必要的。

参考文献

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