变电站过电压分析及防护措施

变电站过电压分析及防护措施

张东升

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司吉林长春130022）

摘要：想要确保电力系统可以稳定运行，必须要重视变电站过电压防护。近年来，随着经济的迅速发展，科学技术在不断进步，供电企业已经实现电力系统自动化。变电压站过电压是一项技术性的工作难题，要求在运行实践过程中，结合变电站的实际情况，科学合理的设计过电压防护系统，对设备进行定期检查维修，不断总结工作经验。

关键词：变电站；过电压分析；防护措施

1变电站过电压现象的含义及产生

1.1变电站过电压现象的含义

在变电站电力能源传输的正常运作当中所产生的过电压现象，其具体指的就是因供电公司电力能源网络传送系统自身电压瞬间飙升，对一定电力能源传输范围内的电网线路绝缘外皮产生的危害现象。在这一危害现象产生时，在瞬时间之内产生的线路过电压就被相关电力能源研究领域的专业技术工作人员称之为是操作过电压现象。与操作过电压现象有着一定区别，在变电站操作运行过程当中，当相关技术工作人员自身的操作流程不够规范而造成的电力回路等现象引起的过电压，则被相关专家称之为是谐振过电压。谐振过电压和操作过电压一起，共同组成了变电站运行工程当中过电压现象的呈现方式。

1.2变电站过电压现象的产生

变电站在正常电力能源远程输送过程当中，会因各种原因相应产生操作过电压或者谐振过电压两种不同形式的安全故障现象。在我国目前电力能源传送系统的创建以及研究工作开展的进程当中，在电力低压控制系统、空载变电控制设备以及在母线系统当中，都有可能会出现不同类型的过电压现象，造成供电公司电力系统的经济损失。

2变电站过电压的主要原因

变压器在在使用过程中出现的过电压，破坏变压器的绝缘有以下两种情况：

（1）击穿三种绝缘，分别是油箱之间、绕组之间以及铁芯与绕组之间，导致接地或者绕组短路的情况出现。

（2）在一个绕组内，击穿匝间和段间的绝缘，造成匝间出现短路的情况。通常，按照变压器过电压产生的不同原因，可以分为两种情况，分别是内部过电压和外过电压。

2.1内部过电压

这种电压是由电网里面能量传递或者转化时形成的，其电网的额定电压和幅值性成正比例的关系，如果额定电压越高，幅值越大；反之，如果额定电压越低，幅值越小。在超高压电网中，危害性较大的电压有两种：

2.1.1谐振过电压

在特殊条件下，电网中电容参数和电感出现谐振造成过电压。因为变电压所有段绕组的等值回路是电阻、电容。其回路的自然谐振频率是固定不变的，基范围较宽，大约在几百赫兹或者几千赫兹，并且超过60%小于100KHZ，回路的Q值最大值是30，衰减系数保持在0.7-0.9之间。遇到特殊激发的情况，应操作或者故障引起电网出现过电压的情况，必须要满足以下几个条件：首先，变压器的自然谐振频率和电网中的过电压频率要保持一致。其次，将额定电压和过电压的幅度进行比较，符合标准值。然后，衰减系数减小的时候，相隔电压的峰值系数要大于0.8。最后，过电压长期合适的情况下，容易在局部绕组的位置产生谐振过电压，导致变压器出现各种故障。

2.1.2切除空载变压器时，形成的操作过电压

一般来说，空载变压器在稳定运作的时候，产生出激磁电感，大量的实验研究结果显示：切断高出100A电流的时候。开关触头的电弧在工频电流过零时，自然熄灭。同时，等值电感中不会存在任何的磁场能量，对其进行切除的时候，不会出现过电压的现象。但是切除空载变压器的时候，因为磁激电流较小，占额定电流的0.5%-1%之间，而且开关中的去游离效果相当强，所以只要电流不是零，息弧就会出现切流现象。在这种情况下，电感中存储的所有能量都转化为电厂能量，出现切除空载变压器过电压。

2.2外过电压

又称为大气过电压，主要来源于直击雷电感应和雷击变压器。换句话说，指雷云放电形成的感应雷过电压和直击雷过电压。这种电压的幅值受到两个因素的影响，分别是防雷方法和雷电参数，与电网中的额定电压无关。与内过电压相比之下，外过电压的特征是持续时间相对较短，严格控制在10秒左右，冲击力相当强、具有脉冲的特点，与雷击活动强度有密切的关系。

3变电站过电压的防护措施

3.1遵循变电站事故应急处理原则

变电站事故应急处理最基础的准则，是严格遵守电力行业制定的安全工作规范和现场事故处理制度，规范在事故现场中的操作行为，并且按照各管理部门的具体规定以及应急预案，进行具体事故处理。在处理事故过程应遵循以下步骤：第一步正确判断事故原因并进行应急处理，第二步隔离故障设备和恢复无故障设备供电，第三步对故障设备做好安全措施等待班组处理，其中前两步是事故应急处理的主要部分。

3.2低压系统接地防护

低压系统接地防护是变电站过电压保护的基础设施，需要严格按照地网建设标准，将接地电阻控制在4Ω以内，使用联合地网方式建设变电站的控制室接地网，设置环型地母线，接地汇集各种电位；针对变电站所在区域的地质条件进行回填土等工作，适当增加接地线的数量，地线的材料和焊接质量必须严格控制；变电站的继电保护装置需要在电缆夹层内设置大于100m2的铜排，较高电压的变电站的铜排需要延长，以达到高频保护的效果。

3.3母线系统谐振过电压防护

母线系统谐振过电压产生的原因主要是：电压互感器伏安特性不佳；母线上有电缆线路；开关质量存在问题；倒闸操作会引起铁磁谐振等，其根本原因在于系统中的变压器或电压互感器存在铁磁电感，铁芯饱和时就会产生谐振过电压，对母线系统设备造成威胁。母线系统谐振过电压防护需要从系统的技术设备上进行改进。需要对系统对地电容参数、TV励磁特性等进行计算，与谐振范围进行比较，判断发生谐振的可能性；选择伏安特性好、贴心不易饱和、励磁感抗优良的电压互感器；安装消谐器等防止谐振过电压，例如LQX系列消谐器主要安装在6~35kV电压互感器（PT）中，在电压互感器中性点与地之间，其体积小、强度高、便于安装，还可直接用于户外，具有良好的消谐效果；定期进行设备检修，确保倒闸操作正确、断路器的灭弧能力正常和动作同时；减少TV接地数；外部避雷与内部避雷相结合，在变压器、电压互感器等设备中安装避雷器，进一步防范雷击过电压。

3.4站用电系统过电压保护

变电站的通信调度系统的供电设备为交流电源或直流电流，在整流环节，往往使用的电容容量大，能够吸收一定量的瞬态过电压。在站用变压器和馈电屏之间需要采用屏蔽电缆，保证设备接地状态良好。为完善现代防雷系统，还需要采用回路分流措施。设备与保护接地一般相同的接地装置，且处于LPZOB区，该区电磁脉冲强烈，对设备影响较大。站用变压器中防雷器虽然能阻止一定量的侵入波，但是线路残压高，当变电站受到雷击时，线路耦合，电位升高，反击过电压仍然较高，变压器的高压侧的电压更高，这些都迫使通信调度系统对供电回路采取一定的过电压保护。

结束语

过电压，简单来说，是指电力系统在运作过程中，有些电压出现升高的情况，高出设备的最大工频运行电压值，过电压造成的后果非常严重，不仅对设备造成损坏，而且导致断电问题不能在第一时间得到解决，使得人们的生命财产安全受到伤害。为了确保电力系统在运行时不会出现故障，相关部门要积极采取防护措施。本文仔细分析变电站过电压及防护措施，以供大家参考。

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