电力系统过电压保护措施

２　１　Ｑ　殳：　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　电力变压器的过电压保护　王吉祥　（唐山开滦直属社区中心　河北唐山０６３０００）　动力与电气工程　摘要：电力变压器具有分配电能，实行经济运行、传输电能，降低损耗等重要作用，它是变电站、发电厂的主要电气设备。电力变压　器能否安全运行关秉着整个电网的稳定与安全。过电压现象是威胁变压器稳定运行的主要因素之一，因此，本文着重对电力变压器的过　电压保护措施进行了探讨。　关键词：电力变压器　过电压　保护　中图分类号：ＴＭ４　文献标识码Ａ　文章编号：１６７２－３７９１（２０ｌＯ）０８（ａ）一０１３２－－０１　变压器是电力系统中重要的变电设　备，其绝缘水平相对比较薄弱。在变压器损　坏的诸多原因中。过电压造成损坏的概率　最大。过电压系指对绝缘有危险的突然电　压升高，这种非正常的电压升高，其幅值可　达设备额定电压３倍以上，严重威胁变压器　绝缘的安全。为确保变压器安全可靠运行，　除选择质量优越的变压器外，还要对运行　中变压器采取过电压保护措施。　１电压产生的机理　１．１电网内过电压与大气过电压产生原因　内过电压可分为谐振过电压、操作过　电压、弧光接地过电压。谐振过电压是电网　中变配电设备发生故障，频繁操作设备引　起电网中电感和电容的匹配，构成谐振回　路，在一定条件激发下产生电能、磁能的转　换而引起的过电压。操作过电压是因电网　状态的突变引发电磁场能量的急剧变化，　或投切大容量设备，或对设备操作不当等　引起能量的快速释放时产生的过电压。弧　光接地过电压系因系统发生单相接地故　障，在接地点因弧光放电而引起的过电压。　大气过电压是由大气中带有大量正电　荷雷云，与带负电荷雷云相遇时，产生雷云　放电时引起的过电压。大气过电压可分为直　击雷过电压和感应过电压。直击雷过电压是　雷云直接对电导体放电，雷云中大量电荷聚　集在电导体上而产生的过电压：而感应过电　压则是因电磁场的急剧变化而产生的。　２过电压对变压器的危害　变压器因过电压而造成损坏的事故　中，其直击雷过电压导致绝缘损坏机率最　大。　当输电线路遭受雷击时，在线路中会产　生一种振幅很大，作用时间很短的非期性脉　冲电压波，它以光速沿线路传输。先在线路　避雷器放电，余波经变压器避雷器入地，当　余波经变压器避雷器时将产生电压降（残　压），而直接作用在变压器上。假如避雷器和　变压器之间存在一定电气距离，残压在进入　变压器前会在这段距离上振荡而造成电压　的升高，导致作用在变压器上过电压高于残　压，这对变压器绝缘安全威胁非常大。　此外，逆变换过电压对变压器的危害　也不可忽视。当变压器采用避雷器保护时，　若变压器高压侧遭受雷击时。会引起避雷　器放电，产生的残压作用在高压绕组上。由　于高压绕组阻抗很大，容抗很小，雷电流只　在高压绕组对地电容上流过，其电流经接　地点放电时，在接地电阻上产生一个很大　的冲击电压降。此电压经低压中性线部分　施加在低压绕组上，其低压绕组流过雷电　流而产生磁通。根据电磁感应原理会在高　压绕组按变比产生很高感应电压，称为“逆　变换过电压”。该电压的幅值比残压大几倍　到几十倍，同样也会对变压器造成危害。　３过电压的保护措施　３．１装设避雷针保护　避雷针能有效地将雷电流引向自身并　安全入地，是保护直击雷的有效措施。变电　所的变压器等设备一般采用避雷针保护，　其保护范围取决于避雷器高度，若用多根　避雷针，保护范围更大，效果更好。同时，为　防止反击事故，要求避雷针接地电阻符合　技术要求，并使其与构架、变压器等设备与　接地之间距离满足要求。　３．２架设避雷线保护　在变电所近区电源进线段止方，架设　避雷线保护，可使电源进线上出现雷击侵　入波的概率大大减少。若在避雷线以外落　雷时，由于进线段导线本身阻抗作用，使流　经避雷器的雷电流受到限制。同时，由于导　线上的冲击电晕的影响，将使侵入波的陡　度和幅值下降，从而使保护变压器的避雷　器动作时的残压有所降低。　３．３装置避雷器保护　避雷器的基本元件是装在密封磁套管　内的火花间隙和非线性电阻（又被称之为　阀片），其阀片的阻值是随通过的电流而变　化的。当很大的雷电流通过阀片时，非线性　电阻会呈现很大电导率，使避雷器残压不　高。在正常电压时，非线性电阻的电导率下　降，将工频续流限制到很小的数值，为火花　间隙切断续流创造了良好的条件，使避雷　器短时作用的冲击放电电压减小。若架空　导线遭受雷击时，将沿导线传到变压器的　雷电流侵入波。由避雷器的放电来限制，从　而保护变压器的安全。　３．４主变压器中性点绝缘保护　’　在３５ｋＶ及以下系统，变压器中性点绝　缘是按线电压设计的，若变电所电源进线　段设架设避雷线，又处于多雷区的单电源　变电所，其三相雷电侵入波机率较多，故主　变压器中性点应装设避雷器保护。　当雷电波入侵行至变压器绕组，再传　ｊ２　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＫＯＲＭＡＴＩＯＮ　到不接地中性点，相当于遇到末端开路的　情况。侵入波发生反射，理论上冲击电压上　升一倍，实践表明可达１．５Ｕ～１．８Ｕ，对其　中性点绝缘亦会构成威胁，故主变压器中　性点应装设避雷器保护。但在非多雷区，运　行经验表明：在出线端装有避雷器保护装　置后，中性点一般可不装保护装置。　３．５三绕组变压器的保护　三绕组变压器运行中，若高压侧有雷　电波侵入时，会通过静电耦合和电磁感应　向低压侧传递过电压。在高、中压运行，低　压侧开路时，低压绕组对地电容值较小。开　路的低压绕组上静电感应分量可达较高　值，危及低压绕组的绝缘安全。为限制过电　压，则需在变压器低压绕组出口外安装避　雷器进行保护。　若变压器发生不对称接地故障，或断　路器非全相动作等而出现零序电压时，将　通过电容耦合传递到低压侧。这种过电压　具有工频性质，将危及低压绕组的绝缘安　全。为此，除选用同期性能好的断路器外，　通常可在低压侧母线桥上加装３只Ｙ０接线　的电容器，增加低压对地电容，能有效吸收　和降低过电压降值与陡度，起到保护作用。　３．６变压器低压系统的保护　在农村配电网络中，其低压线路长，大　部分处于旷野架设，容易遭受雷电侵袭。当　遭雷击时，电压分布在低压绕组和接地电　阻上，侵入雷电流由于电磁感应会按变比，　在高压绕组上产生感应过电压。除变压器　变压侧安装避雷器并与变压器可靠接地　外，为防止逆变换过电压危及高压绕组绝　缘的安全，其低压侧出口也要装设一组金　属氧化物避雷器，以抑制低压绕组产生的　冲击磁通，从而起到过电压保护作用。　此外，若采用Ｙ，Ｚｎｌｌ联结组的变压器，　也能有效抑制正反变换过电压，有利于过　电压的保护。　参考文献　【１】肖中男．运用马尔科夫模型评估电力变　压器可靠性…．中国电机工程学报，２００８　（１）．　［２］孙海峰．ＶＦＴＯ作用下变压器绕组的过　电压计算【Ｊ】．高电压技术，２００６（８）．　［３】王海宽．一起电力变压器雷电过电压事　故分析［Ｊ］．变压器，２００６（２）．　、　［４】王广军．６６ｋＶ电力变压器安全运行分　析…．吉林电力，２００８（３）．

电力系统过电压的产生及限制措施

电力系统正常运行时,电气设备的绝缘处于电源额定电压下,当雷击、操作、故障、或参数配置等原因使系统中某部分电压升高大大超过正常运行的数值此称过电压。

过电压分为大气过电压和内部过电压,其中大气过电压又分直击雷过电压、感应雷击过电压和侵入雷电波过电压,特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷电活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。220KV以下系统的绝缘水平由防止大气过电压决定。内部过电压是由于拉、合闸操作、接地或断线事故及其他原因引起电力系统状态发生突然变化产生对系统有威胁的过电压。究其原因是系统内部电磁能的振荡和集聚引起的故称内部过电压。内部过电压可分为操作过电压和暂态过电压(含谐振过电压、工频过电压)。

操作过电压是系统操作和故障时出现,特点是具有随机性,在最不利的情况下过电压倍数较高,330KV及以上超高压系统的绝缘水平取决于操作过电压。操作过电压具有幅值高、高频振荡、衰减快的特点。其产生原因:1.切除空载线路时过电压的根源是电弧重燃及线路上的残余电压。2.空载线路的合闸过电压是由于在合闸瞬间的暂态过程中,回路发生高频振荡造成的。3.在中性点不接地的电网中发生单相金属接地将引起正常相的电压升高到线电压。如果单相通过间歇燃烧的电弧接地,在系统正常相合故障相都会产生过电压(称电弧接地过电压),其实质是高频振荡的过程。4.切除空载变压器引起的过电压。原因是当变压器空载电流突变时变压器绕组的磁场能量全转化为电场能量对变压器等值电容充电,导致过电压。

同样,在切除感性负载可能在电容器和断路器上出现过电压。限制操作过电压的措施有:1.选用灭弧能力强的高压断路器。2.提高断路器动作的同期性。3.断路器断口加装并联电阻。4.采用性能较好的避雷器。5.电网中性点接地运行。

谐振过电压是电力网中的电容元件和电感元件参数的不利组合,由谐振产生,特点是过电压倍数高、持续时间长。其产生原因是:1.线性谐振过电压。谐振回路由不带铁芯的电感元件如输电线路的电感、变压器的漏感或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件如消弧线圈和系统中电容元件组成。2.铁磁谐振过电压。谐振回路由带铁芯的电感元件如空载变压器、电压互感器和系统的电容元件组成,因铁芯电感元件的饱和现象,使回路电感参数是非线性的,当满足一定谐振条件时产生铁磁谐振。3.参数谐振过电压。由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成回路,当参数配合时,通过电感的周期性变化,不断向谐振系统输送能量,造成谐振过电压。

２００２年６月　江苏电机工程　ｊｉａｎｇｓｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　第２１卷第３期　１５　

通信系统过电压保护措施　

葛林大综　（江苏建安深圳公司设备安装处，江苏扬州２２５００２）　摘要：通信系统中新技术和新器件的应用使过电压保护更为重要，从过电压的产生和对通信系统危害机制入手，　总结了几项消除和减小过电压危害的原则，并结合通信系统的实际，提出了过电压保护的措施，最后，提出了加强　通信系统过电压保护技术管理的建议。　关键词：通信系统；过电压保护；接地网；通信电缆　中图分类号：ＴＭ８６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—０６６５（２００２）０３—００ｌ５—０４　

Ｔｈｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｏｖｅｒ·ｖｏｌｔａｇｅ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＧＥＬＩＮＤａ—ｚｈｏｎｇ　（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｌｎｓｔａ［ｂａｔｉｏｎ　Ｄｅｐｔ．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｊｉａｎｇａｎ　Ｓｈｅｎ　ｚｈｅｎ　Ｃ（）．，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｃｏｍｅ　ｍｏｒｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．　Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ＯＶｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄａｎｇｅｒｓ　ｔｏ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｖｏｉｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅ—　ｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｒｎａｒｉｚ￣＜ｔ，ｒｅｂａｔｉｎｇ　ｔｏ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒａｃｔｉｅａ［ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ＯＶｅｒ—ｖｏ［ｔ—　ａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ＯＶｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ＆ｒｅ　ｐｕｔ　ｏｕｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｍａｕｎｉｅａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｅａｒｔｈ￣ｎｇ　ｎｅｔ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃａｂｔｅ　近年来随着计算机技术的广泛应用，电子、微电　子设备的采用，使得通信过电压保护变得更复杂和　重要。为了将过电压事故损失减小到最低程度，从　过电压产生的原因人手，对过电压保护措施提出一　些建议，以供商讨。　１　过电压保护的技术措施　过电压保护的技术措施主要是共用、降阻、均　压、屏蔽、释放等措施。　１．１　共用　即共用一个接地网。　（１）将建筑、通信、电力等专业所包含的防雷接　地、保护性接地和各种功能性接地（如中性点接地、　电子逻辑接地等）等各种接地装置全部组合成一个　整体，统一的共用接地网。　因为在地中要做到防雷接地与通信接地之间的　地中距离为２０　ｍ是不现实的，为了防止雷电反击引　起的“地”电位升高危及通信安全，因此共用一个接　地网，既安全又经济，特别是改（扩）建工程，原有的　

科技创新与应用ｌ　２０１３年第２８期　电力科技　电力系统内部过电压及防护措施分析　

范秀丽　（青海省电力公司检修公司，青海西宁８１００００）　摘要：电力行业在我国的国民经济发展中具有非常重要的意义，电力系统的稳定运行对各行各业的发展有着积极的促进作用。　但在电力系统正常运行过程中，由于外界因素等导致过电压的情况时有发生，一旦出现过电压，则会造成停电事故及设备损坏等　情况发生。本文分析了暂态过电压的类型，并进一步对暂态过电压的防护措施进行了具体的阐述。　关键词：电力系统；内部过电压；操作过电压　前言　电力设备内部过电压是指在没有外界因素作用下所出现的过　电压情况。导致内部过电压的主要因素有二种，一种是设备在长时　间运行过程中绝缘发生老化所引起的；另一种是设备运行时短时间　内的电压超过了设备所能承受的最大电压，从而引起过电压，使设　备发生短路。过电压的发生对于电网的正常运行带来了极大的危　害，究其电力设备内部过电压发生的根本原因在于电网中所存在的　各种非线性储能元件，由于其能量不能突变，所以在系统的运行状　态发生改变时，这些元件的工作状态也需要进行改变，这时磁场和　电场则会不断的发生转换和振荡，导致过电压的发生。因此要想从　根本上对电力设备运行时的过电压进行有效的控制，则需要在这些　储能元件上下功夫，消除其所带来的振荡，从而使内部过电压得以　控制。　１暂态过电压的类型　１．１接地故障形成的过电压　接地故障是电力系统较为常见的故障之一，特别是单相接地故　障则发生的次数则更为频繁，当系统电压增大时，单相接地故障发　生的机率也会随之增加。　单相接地故障发生的较为频繁，当发生单相接地时，会导致相　电压增大，尽量这时所产生的正常相的过电压不是最高的，但避雷　器在这时也不具备防护的作用。但在实际操作过程中，当发生单相　接地时，会根据当时的过电压值来对避雷器灭弧电压进行选择，在　发生单相接地故障时正常相的电压会是最大工作电压的１．１倍，所　以在此电网的灭弧电压也会按此值来进行选取。而中性点直接接地　系统的避雷器灭弧电压则选取０．８的正常相电压。另外，对于超高　压电网发生接地故障时，则需要立即切断电流，同时还要配以重合　闸的方法来及时、有效的切断故障和采取相应的补救措施。　１．２负载突变形成的过电压　在另一种情况下也会形成过电压，即当电力系统运行过程中出　现临时性故障时，这时需要将一些较大负荷的供电停止，这样也会　导致电压的升高，产生内部过电压的情况发生。　（１）发电机在正常运行过程中，其磁链是不会发生突变的，所以　其会一直保持足够的输送功率，而其暂电动势则是不变的，这样则　会出现相对电压升高的情况。　（２）发动机在运行时其制动系统及调速器本身所固有的惯性会　使其保持一定的转速，而当发生甩负荷时转速则会增加，从而使电　动机的电动势及频率增加。　（３）一旦甩负荷发生在输电线路长线的末端时，这时末端的电　容效应则会使电压升高，从而产生过电压的现象发生。　针对于以上情况导致的过电压，可以在实际操作中采用并联电　抗器、控制空载线路投切及限制长线路电容效应、在电机侧应加装　快速消励磁系统等措施来减少或是避免过电压的发生。　１．３谐振过电压　系统发生谐振的根本原因为电感、电容元件共同组成的回路在　工频或某一频率下发生了共振。可将其分为非线性谐振和线性谐振　两种，线性谐振虽然过电压值很高，但谐振的条件范围较窄，即只有　在非全相操作或系统故障时才会出现，如当系统发生单相接地故障　且其正序、零序阻抗满足时才会发生线性谐振。而非线性谐振是由　系统中变压器或互感器等铁磁元件引发的，且随着外部电压的变化　而改变，若回路中存在电缆、串联补偿电容器等元件且满足ｏ￣Ｌ＞ｌ／　∞Ｃ时才会导致电压升高从而发生铁磁谐振，且铁磁谐振后会发生　电流反向，容易引发电机反转的事故。　系统发生谐振过电压所持续的时间是与其回路本身特性有关　的，有可能仅持续一段时间亦或是稳定的，此时谐振过电压对系统　的影响不大，但若其持续时问较长则可能引发系统一系列的谐振操　作，因此必须采取一定的措施破坏谐振条件，如增加电阻、减小电抗　一１６２一　或采用消谐器等。　２暂态过电压防护措施　２．１间歇性电弧接地过电压　间歇性电弧接地过电压通常发生在中性点不接地的系统中，由　于该类系统具有即使发生单相接地也能继续工作两小时的特性，因　此其中的电弧可能多次发生充入，使线路上的负荷发生多次的重新　分配，导致中性点电压升高，最终发生过电压。虽然此种过电压的幅　值较小，仅为额定电压的３．５倍，但由于其持续的时间较长且范围　较大，将对弱绝缘的设备造成严重影响，应采取一定的措施加以避　免。若电网的中性点接人的是消弧线圈，则此时电感电流补偿了中　性点的电容电流，减小了重燃的次数及过电发生的概率。　２．２切小电感性电流电压　系统中的空载电动机及变压器即为小电感性负荷，由于断路器　通常按照大电流条件设计灭弧能力，因此其切断小电流时容易引发　电感和电容形成振荡，此时的对地杂散电容较小，会导致幅值极高　的过电压的出现。由于产生此类过电压的电流较小，因此常用避雷　器进行防治。　２－３开断电容性电流过电压　电容器所产生的电容性电流，所产生的位置多发生在电缆和空　载线路上，这主要是由于断路在开民过程中所引起的重燃现象所引　起的系统振荡，从而引发过电压。所以当发生这种过电压时，需要针　对于控制断口电压上升的幅度来进行，可以在断路器的断口处来进　行并联电阻，从而起到阻止过电压的产生。　３合空载长线过电压　在电力系统运行时，对空载线路进行关合操作是比较常进行　的，特别是对于超高压系统，在进行重合闸操作时所产生过电压，对　系统所造成的威胁是十分严重的，这也是对电网绝缘水平进行衡量　的一个关键因素。当进行重合闸操作时，当线路有残压时，这时残压　会与电源电压相互叠加而加速振荡的程度，这是过电压则会达到额　定电压的三位。针对此种情况可采用如下措施加以限制：采用带合　闸电阻的断路器进行合闸操作；及时消除线路的残余电压；采用专　门的装置加以判断，在断路器的两相电压最低时完成选相合闸操　作；使用磁吹型的金属氧化物避雷器作为专门的后备保护。　４结束语　随着经济的快速发展，电力系统的稳定运行对于经济的增长有　着十分重要的意义。一旦电力系统内部发生过电压，则对电气设备　的正常运行将会造成严重的影响，严重时可能导致各种事故的发　生，造成严重的经济损失，在电力系统运行时，并不是所有电网结构　中的操作电压都是相同的，所以在实际操作中应该根据电压等级的　不同，来对内部所产生的过电压进行有效的分析，加以区别，应针对　内部的过电压所产生的原因进行有效的防范和治理，从而保证电力　系统的安全运行。　参考文献　ｆ１１朱子述．电力系统过电压ｆＭ］．上海：上海交通大学出版社，１９９５．　［２】陈慈萱．过电压保护原理与运行技术ｆＭ１．北京：中国电力出版社，　２Ｏ０２．