220kv变电压操作时的过压问题探究

摘 要

随着人们对电力能源的需要，我国电网技术得到了大力的发展。220kV 变电站在城市中扮演的角色越来越重要，由于过压问题不仅威胁到了电力设备的安全同样对电力操作人员的人身安全有很大的影响，所以对于过压问题的研究是十分有意义的。本文从过电压的产生原因入手，对若何对过电压进行防范进行了简单的介绍。

【关键词】变电压操作 过压问题 防范与对策

在一个电力系统中，过电压现象就是电压或者电位差的增加使得电力系统的绝缘性受到了危害，但是这种危害在变电压过程中又是不能避免的。谐振过电压以及操作过电压是电力系统出现过压现象的主要形式：其中谐振过电压是在某些时刻，当回路的频率与电源相近时发生的一种谐振现象，当这种情况发生时，持续时间都比较长，由于这是一种稳态的现象，解决这个问题对电力系统进行新的操作破坏这种平衡；相对于谐振过电压，操作过电压的时间久比较短，一般发生在变压或者操作失误时，只要操作正确或电压稳定时即可消失，常见的情况有：变电操作，例如故障切除，线路的合闸与切除，以及负荷突变等等情况。但是不管这两种情况那种情况出现，都会使得电气设备的平稳安全运行受到威胁，严重时还会危害电气操作人员的人身安全。因此对于此课题的研究时非常有意义的。

1 空载变压器操作产生的过电压及其抑制对策

1.1 原理

变压器空载运行状态就是指在二次绕组开路的状态下，电源直接与变压器的一次绕组相连接，这时在一次绕组中就会产生电流，这种电流就是空载电流。当切除空载变压器后，虽然空载电流的值不是很大，但是在断路器进行切断小电流的过程中，开关会出现很强的游离作用，若这时空载电流的值不为零，就会出现截流现象，就会使得变压器上产生过电压。

1.2 相应措施分析

节流现象是在对空载变压器进行操作时，不可避免的现象，为了解决这个问题可以采取以下措施：

1.2.1 改变绕组形式

20kV变压器是芯式变压器，为了提高变压器的寄生电容，其绕组方式可以采用纠结式绕组。所谓纠结式绕组，就是将绕组中的另一线匝直接插入到相邻的线匝之间，这可以增加绕组的纵向电容，实际相邻的匝间电位差也会增加，当过压情况发生时，起始电压可以在各线匝之间均匀的分布。

1.2.2 对开关的电路结构进行调整

当发生截流时，电感中的磁场能在瞬间可以向电能转化，从而对电容进行充电。而当电阻并联后与开关相连就可以对电感中的磁场能量进行释放。当截流发生时，带并联电阻的开关闭合，使得开关并联电阻被短接；截流后，断开开关，电感中的电势就会对电阻形成电流，这时磁场能量就转化为电能从而被消耗。

1.2.3 改善铁芯的质量

对铁芯的质量进行改进，可以对空载电流进行一定程度上的降低，这是由于空载电流是由铁损电流以及磁化电流共同组成的，磁化电流会产生磁通，铁损电流是由铁芯损耗引起的，所以对于减小空载电流改善变压器的铁芯是非常重要的途径。改善铁心的质量有两种方法，一是结构上的，二是操作上的。为了改善铁芯的质量，可以利用冷轧晶粒代替硅钢片；并且在进行变压器的修理时，要严格遵守相关质量标准的要求。

2 母线系统谐振产生的过电压及其抑制对策

2.1 原理

铁磁谐振的形成机理是：铁磁电感例如变压器或者电压互感器，在分闸操作过程中或故障暂态过程中，由于铁芯的饱和作用，使得谐振条件得以满足而发生的。铁磁电感是非线性的，铁芯的饱和程度是影响其大小的主要因素，而暂态过程中 TV 三相绕组所承受的电压幅值又决定了铁芯的饱和程度，所以电压高，铁芯越饱和，电感就是减少。铁磁谐振主要包括两种情况，一是串联铁磁谐振，二是并联铁磁谐振。

220kV变电站由多个系统组成，包括中性点不接地系统、大电流接地系统以及小电流接地系统等等。在进行实际操作时，非线性电感越大，发生过电压的可能性就越大，此时过电压的主要表现为：电压互感器的异响、电压互感器开口三角形电压有所升高以及母线电压一相或者两相出现升高的现象等等。对于这些情况要给予足够的重视，否则过电压就会使得系统的绝缘处被击穿，或者母线电压互感器由于电流过大造成损毁。

2.2 相应措施分析

经过分析母线系统谐振产生过电压的原因，可以采取倒闸操作对其进行防范：

进行此项操作时，要注意操作步骤的顺序。正确的顺序为：当母线停电时，先把母线 TV 隔离开关拉下来，再拉下母联断路器；送电时则执行相反的操作顺序。当电源向母线升压时，要先将断路器合下再进行升压，当升压结束停电时，要先把电压降至归零，再拉下断路器。如果母线差动保护动作跳闸而造成一条母线停电，则要把母联断路器的隔离开关及时拉下，或者拉下母线 TV 的隔离开关。

除了操作步骤的正确性还要注意运行方式。在进行电力调度时要参考相关的调度规程，进行母线倒闸操作时，值班人员要避免断路器断口电容和电磁式电压互感器发生铁磁谐振。若铁磁谐振的情况发生了，要尽量采取一切手段坡缓谐振的条件，此时可以对谐振回路电源进行切断，或改变一次接线的方式。除此之外，还可以在操作过程中增加电容，或者采取短接 TV 开口三角形绕组或者装设消谐装置等等。

在进行倒母线操作过程中，断开母联开关后要马上对停运母线电压进行检查，查看其是否为零，如果母线电压高于感应电压，则要将断开的母联开关马上合上；如果在母线停运了很长时间后才发现母线谐振，要及时停运母线，并带上一个不带电源的元器件以便可以消除谐振。

3 应用实例分析

以某地区供电公司的变电站为例，对其存在问题以及应对措施进行简要的介绍。希望能为其他公司的同类问题提供指导。

该公司变电站的电气接线存在的设计缺陷主要包括：主变中、低压侧均未加装避雷器。其直接后果可能是当220 kV避雷器动作后其残压致使主变110 kV侧线圈损坏。并在操作时存在中、低压侧有可能出现过电压的情况。

该公司的开关只有500kV电压这一等级，并装设有并联电阻。但是，在使用中发现，由于并联电阻的造价较高，并且容易发生损坏，所以目前已经拆卸。对于切除空载变压器过电压这一问题的抑制通过加装避雷器来进行解决。在实际操作中，具体措施如下：

3.1 在主变10kV侧的进线间隔加装一组避雷器

3.2 对于主变110kV侧

3.2.1 背景分析

经过该公司各个部门讨论决定，在主变l10kV侧加装避雷器主要有两个方案。：一是，在主变室内加装避雷器。这种方案的操作实施比较困难，这后于主变室内布置紧凑，不利于后续的操作以及维修，故舍弃该方案；二是在110kV GIS主变进线间隔加装避雷器，该方案虽然可行，但是由于资金问题以及不能满足建设工期等问题，也舍弃了。

3.2.2 现场措施

一是110kV母线装设了避雷器主变送电和停电操作时应带着l10kV母线。

二是为了达到提高过电压保护安全性的目的，虽然110kV母线装设了避雷器，即使在短时间内110kV暂无负荷，主变110kV侧在雷雨季节依然可带110kV线运行。

三是主变增加过电压保护。

四是更改保护装置的动作方案：将主变110kV侧保护的跳闸方案由跳l10kV母联、跳主变110kV侧、跳主变三侧，更改为跳110kV母联、跳主变三侧.以避免因继电保护动作跳开主变110kV侧开关，而使主变110kV侧失去避雷器的保护。

4 结语

由于过电压不管是对于操作人员的人身安全还是对电力设备的负面影响都是很大的，所以对于过电压现象应该积极进行防护，针对不同的过电压产生的原因要采取不同的防范措施，所以当发生过电压现象时要掌握其发生原因，从而采取有效的措施对其进行防范，保障变电站设备的安全运行。

参考文献

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作者单位

江门电力设计院有限公司 广东省江门市 529000