何耀輝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東 汕頭515000）

0 引言

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，電壓等級(jí)不斷提高，220kV 變電站逐漸成為城市電力傳輸?shù)闹袠校趫?jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)中有著不可替代的地位。但變電站過(guò)電壓始終是高壓變電站無(wú)法回避的問(wèn)題，變電站運(yùn)行中出現(xiàn)的過(guò)電壓極有可能危及變電站設(shè)備，甚至是運(yùn)行人員的人身安全。因此，減少過(guò)電壓的發(fā)生，減輕過(guò)電壓事故帶來(lái)的危害，對(duì)于高壓變電站運(yùn)行來(lái)說(shuō)尤為重要。

1 過(guò)電壓分類

過(guò)電壓是一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象，根據(jù)過(guò)電壓產(chǎn)生的根源可分為外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。本文主要研究的是變電站運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓，所以將內(nèi)部過(guò)電壓作為主要研究對(duì)象。內(nèi)部過(guò)電壓根源是電網(wǎng)本身，是由于能量在系統(tǒng)內(nèi)部不合理地轉(zhuǎn)化或傳遞引起的，根據(jù)原因不同，可以分為暫態(tài)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。

1.1 暫態(tài)過(guò)電壓分類和特點(diǎn)

暫態(tài)過(guò)電壓包括工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。工頻過(guò)電壓是指在電力系統(tǒng)中因?yàn)檫\(yùn)行方式改變或系統(tǒng)故障而產(chǎn)生的大于最大運(yùn)行相電壓，頻率與工頻相同或相近的電壓，其過(guò)電壓倍數(shù)一般不超過(guò)2倍。對(duì)于220kV 及以下電壓等級(jí)而言，變電站設(shè)計(jì)絕緣強(qiáng)度足以承受工頻過(guò)電壓，因此其對(duì)變電站運(yùn)行影響較小。諧振過(guò)電壓則是因?yàn)橄到y(tǒng)中的儲(chǔ)能元件在滿足特定條件時(shí)發(fā)生諧振現(xiàn)象而出現(xiàn)的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓包括線性諧振、鐵磁諧振和參數(shù)諧振，通常諧振過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且幅值較大，因此容易導(dǎo)致PT 繞組過(guò)熱損壞，甚至是出現(xiàn)母線故障，會(huì)嚴(yán)重影響變電站的正常運(yùn)行。

1.2 操作過(guò)電壓分類和特點(diǎn)

操作過(guò)電壓主要是由倒閘操作引起的在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的過(guò)渡階段出現(xiàn)的過(guò)電壓現(xiàn)象。眾所周知，變電站運(yùn)行會(huì)有各類操作，因此操作過(guò)電壓出現(xiàn)幾率較大，且由于其不確定性和特定情況下的高過(guò)電壓倍數(shù)，對(duì)于變電站運(yùn)行和人員安全都將產(chǎn)生不小的威脅。

2 過(guò)電壓的原因分析以及防范措施

2.1 諧振過(guò)電壓

變電站運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的諧振過(guò)電壓主要是線性諧振和鐵磁諧振。

線性諧振是指系統(tǒng)中的線性或接近線性的電感元件與系統(tǒng)中的電容構(gòu)成電路結(jié)構(gòu)，發(fā)生諧振現(xiàn)象。當(dāng)電力系統(tǒng)中的電源頻率與系統(tǒng)固有頻率相同或相近時(shí)，就有可能發(fā)生線性諧振，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，在不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)下更容易出現(xiàn)。線性諧振的發(fā)生有一個(gè)緩慢的發(fā)展過(guò)程，其影響過(guò)電壓幅值的關(guān)鍵因素是損耗電阻。

與線性諧振不同，鐵磁諧振是指系統(tǒng)中的非線性電感元件與系統(tǒng)中的電容構(gòu)成電路結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)諧振。鐵芯電感元件中電感非線性，當(dāng)電流達(dá)到某個(gè)值后，鐵芯因?yàn)橼呌陲柡投霈F(xiàn)電感值趨于平穩(wěn)的現(xiàn)象，此時(shí)如果發(fā)生電源電壓短時(shí)間內(nèi)升高或系統(tǒng)受到電流沖擊等情況時(shí)，就有可能滿足鐵磁諧振的激發(fā)條件，使系統(tǒng)進(jìn)入諧振狀態(tài)。鐵磁諧振具有自保持的特點(diǎn)，因此其產(chǎn)生的過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易破壞設(shè)備絕緣，引起設(shè)備發(fā)熱甚至爆炸，產(chǎn)生分頻、高次諧波分量，對(duì)系統(tǒng)造成諧波污染等，因此鐵磁諧振對(duì)變電站安全運(yùn)行影響極大，也是變電站過(guò)電壓防范工作的重點(diǎn)。與線性諧振相比，鐵磁諧振是激發(fā)后突然發(fā)生的，還伴隨有反傾現(xiàn)象（在三相系統(tǒng)中，可能使工頻三相相序改變），其限制過(guò)電壓的主要因素是電感本身的飽和程度。

通過(guò)上述關(guān)于諧振過(guò)電壓原因的分析，可以根據(jù)其諧振特點(diǎn)來(lái)做好防范措施：（1）斷路器設(shè)備選擇和維護(hù)。在不對(duì)稱運(yùn)行中，諧振過(guò)電壓更容易發(fā)生，因此應(yīng)選用同期性較好、滅弧能力較強(qiáng)的斷路器，同時(shí)在維護(hù)檢修過(guò)程中要特別注意其三相同期性。此外，選擇斷路器斷口均壓電容值較小的設(shè)備，也能降低諧振發(fā)生的概率。（2）選用合適的電壓互感器。在選擇PT時(shí)，選擇鐵芯勵(lì)磁特性較好的設(shè)備，可以減少鐵芯飽和現(xiàn)象的發(fā)生。或者選用電容式電壓互感器，該種互感器不存在飽和問(wèn)題，所以能從根本上防止鐵磁諧振的發(fā)生。（3）改變接地方式。選擇在電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)對(duì)地接入電阻，或者在特殊情況下，可將系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地等。（4）改變諧振參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，如果電容或電感值發(fā)生單一變化，系統(tǒng)電路就不再符合諧振條件，因此改變電路參數(shù)也是一項(xiàng)有效措施。以串接消諧電阻為例，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，消諧電阻的阻值較大，而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，消諧電阻會(huì)減小，從而起到破壞諧振參數(shù)的作用。而運(yùn)行人員如果能在發(fā)生諧振過(guò)電壓后迅速做出判斷，選擇合適的線路，立即執(zhí)行拉合線路操作，改變諧振參數(shù)，破壞諧振，無(wú)疑將大大減小過(guò)電壓危害。（5）正確的操作順序和運(yùn)行方式。變電站在投運(yùn)后，其對(duì)應(yīng)參數(shù)基本固定，此時(shí)頻繁的開關(guān)操作就有可能使系統(tǒng)滿足諧振過(guò)電壓的激發(fā)條件。因此，正確的操作順序和安全的運(yùn)行方式十分重要。首先是正確的操作順序，以母線停電為例，應(yīng)先拉開母線PT 的隔離開關(guān)，再拉開母聯(lián)斷路器；而送電時(shí)操作順序相反。其次是熟悉運(yùn)行方式，在操作過(guò)程中必須防止斷路器斷口電容與電壓互感器之間發(fā)生諧振。

2.2 操作過(guò)電壓

變電站運(yùn)行過(guò)程中，容易引起過(guò)電壓的操作主要有分合空載線路和切除空載變壓器這兩種，因此本文主要討論在這兩種情況下的過(guò)電壓防范措施。

分空載線路產(chǎn)生的過(guò)電壓主要是由斷路器重燃導(dǎo)致的，通過(guò)振蕩將能量傳遞到線路或者電容器上，不斷積累產(chǎn)生過(guò)電壓；合空載線路的過(guò)電壓則是因?yàn)殡娙荨㈦姼性谙到y(tǒng)振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的自由電壓疊加到穩(wěn)態(tài)電壓上而出現(xiàn)的過(guò)電壓現(xiàn)象。針對(duì)上述過(guò)電壓，主要防范措施如下：（1）采用不重燃斷路器，或帶有并聯(lián)分閘電阻的斷路器，其機(jī)理都是降低恢復(fù)電壓，避免重燃，在切除空載線路時(shí)，這一措施可以有效降低產(chǎn)生過(guò)電壓的可能性。（2）加裝并聯(lián)電抗器和靜止補(bǔ)償裝置，削弱電容效應(yīng)，限制穩(wěn)態(tài)電壓，從而起到降低總電壓的作用。（3）將ZnO避雷器安裝在線路的首段和末端，可以限制分合閘時(shí)的過(guò)電壓幅值，確保其在設(shè)備可承受范圍內(nèi)。切除空載變壓器會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，則是因?yàn)榱鬟^(guò)電感的電流被斷路器強(qiáng)行切斷時(shí)不是過(guò)零點(diǎn)，導(dǎo)致電感中殘余的磁場(chǎng)能量被轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量，使得電壓升高，即所謂的“截流”現(xiàn)象。針對(duì)“截流”而出現(xiàn)的過(guò)電壓，主要防范措施如下：（1）改善變壓器鐵芯。通過(guò)選擇高導(dǎo)磁材質(zhì)的鐵芯，可以減小磁化電流，限制空載電流大??；同時(shí)在變壓器大修中，也要做好對(duì)鐵芯的檢修工作。（2）選擇合適的斷路器。斷路器滅弧能力越強(qiáng)，其截流產(chǎn)生的過(guò)電壓最大值越大，因此選擇合適的斷路器十分必要。（3）變壓器繞組采用糾結(jié)式繞組。采用糾結(jié)式繞組，可以增加變壓器繞組的縱向電容，進(jìn)一步增大實(shí)際相鄰的匝間電位差，以達(dá)到電壓在各線匝之間均勻分布的目的。（4）采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)。從原因分析可知，切除空載變壓器會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓與電感中的能量被強(qiáng)行轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量，通過(guò)并聯(lián)電阻，相當(dāng)于形成了能量釋放回路，可以將能量釋放后再完成分閘操作，這樣就減少了殘余能量，即減少了電場(chǎng)能量的產(chǎn)生，過(guò)電壓幅值也就被限制了。

3 結(jié)語(yǔ)

引起220kV 變電站過(guò)電壓的原因很多，需要采取的措施也不盡相同。因此，變電站在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)做好過(guò)電壓的防范工作，各項(xiàng)參數(shù)配合合理；運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)不同情況有相應(yīng)的防范措施，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行人員專業(yè)培訓(xùn)，使其能夠迅速處理過(guò)電壓事故，控制過(guò)電壓帶來(lái)的不利影響。

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