電力系統過(guò)電壓知識

電力系統過(guò)電壓主要分以下幾種類(lèi)型:大氣過(guò)電壓、工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓。

大氣過(guò)電壓：由直擊雷或雷電感應突然加到電力系統中，使電氣設備所承受的電壓遠遠超過(guò)其額定值。大氣過(guò)電壓可以分為直擊雷過(guò)電壓和感應雷過(guò)電壓。電力系統遭受大氣過(guò)電壓后，可使輸配電線(xiàn)路及電氣設備的絕緣發(fā)生擊穿或閃絡(luò )，造成停電以致危害人的生命安全。特點(diǎn)是持續時(shí)間短暫，沖擊性強，與雷擊活動(dòng)強度有直接關(guān)系，與設備電壓等級無(wú)關(guān)。因此，220KV以下系統的絕緣水平往往由防止大氣過(guò)電壓決定。防止大氣過(guò)電壓，通常采取裝設避雷針、避雷線(xiàn)、避雷器，合理提高線(xiàn)路絕緣水平，采用自動(dòng)重合閘裝置等措施。

工頻過(guò)電壓：系統中在操作或接地故障時(shí)發(fā)生的頻率等于工頻(50 Hz)或接近工頻的高于系統最高工作電壓的過(guò)電壓。特點(diǎn)是持續時(shí)間長(cháng)，過(guò)電壓倍數不高，一般對設備絕緣危險性不大，但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時(shí)起重要作用當系統操作、接地跳閘后的數百毫秒之內，由于發(fā)電機中磁鏈不可能突變，發(fā)電機自動(dòng)電壓調節器的慣性作用，使發(fā)電機電動(dòng)勢保持不變，這段時(shí)間內的工頻過(guò)電壓稱(chēng)為暫時(shí)工頻過(guò)電壓。隨著(zhù)時(shí)間的增加，發(fā)電機自動(dòng)電壓調節器產(chǎn)生作用，使發(fā)電機電動(dòng)勢有所下降并趨于穩定，這時(shí)的工頻過(guò)電壓稱(chēng)為穩態(tài)工頻過(guò)電壓。產(chǎn)生工頻過(guò)電壓的主要原因是：空載長(cháng)線(xiàn)路的電容效應，不對稱(chēng)接地引起的正序、負序和零序電壓分量作用，系統突然甩負荷使發(fā)電機加速旋轉等。限制工頻過(guò)電壓應針對具體情況采取專(zhuān)門(mén)的措施，常用的方法有：采用并聯(lián)電抗器補償空載長(cháng)線(xiàn)的電容效應，選擇合理的系統中性點(diǎn)運行方式，對發(fā)電機進(jìn)行快速電壓調整控制等等。

操作過(guò)電壓:由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統參數突然變化，系統由一種狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)，在此過(guò)渡過(guò)程中系統本身的電磁能振蕩而產(chǎn)生的過(guò)電壓。 ，特點(diǎn)是具有隨機性，但最不利情況下過(guò)電壓倍數較高。操作過(guò)電壓原因及規避措施

1 電網(wǎng)的操作過(guò)電壓一般由下列原因引起

A.線(xiàn)路合閘和重合閘; B.空載變壓器和并聯(lián)電抗器分閘; C.線(xiàn)路非對稱(chēng)故障分閘和振蕩解列; D.空載線(xiàn)路分閘。 線(xiàn)路合閘和重合閘過(guò)電壓對電網(wǎng)設備絕緣配合有重要影響，應采用有合閘電阻的斷路器對該過(guò)電壓加以限制。避雷器可作為變電所電氣設備操作過(guò)電壓的后備保護裝置，該避雷器同時(shí)是變電所的雷電過(guò)電壓的保護裝置。 設計時(shí)對A、C 類(lèi)過(guò)電壓，應結合電網(wǎng)條件加以預測。

2 線(xiàn)路合閘和重合閘操作過(guò)電壓

空載線(xiàn)路合閘時(shí)，由于線(xiàn)路電感-容的振蕩將產(chǎn)生合閘過(guò)電壓。線(xiàn)路重合時(shí)，由于電源電勢較高以及線(xiàn)路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過(guò)程，使過(guò)電壓進(jìn)一步提高。因此斷路器應安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過(guò)電壓。 應按電網(wǎng)預測條件，求出空載線(xiàn)路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運行中使用時(shí))的過(guò)電壓分布，求出包括線(xiàn)路受端的相對地及相間統計操作過(guò)電壓。預測這類(lèi)操作過(guò)電壓的條件如下： A.空載線(xiàn)路合閘，線(xiàn)路斷路器合閘前，電源母線(xiàn)電壓為電網(wǎng)最高電壓; B.成功的三相重合閘前，線(xiàn)路受端曾發(fā)生單相接地故障;非成功的三相重合閘時(shí)，線(xiàn)路受端有單相接地故障。 空載線(xiàn)路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運行中使用時(shí))，在線(xiàn)路受端產(chǎn)生的相對地統計操作過(guò)電壓，不應大于2 2UXG 。

3 分斷空載變壓器和并聯(lián)電抗器的操作過(guò)電壓

由于斷路器分斷這些設備的感性電流時(shí)強制熄弧所產(chǎn)生的操作過(guò)電壓，應根據斷路器結構、回路參數、變壓器(并聯(lián)電抗器)的接線(xiàn)和特性等因素確定。該操作過(guò)電壓一般可用安裝在斷路器與變壓器(并聯(lián)電抗器)之間的避雷器予以限制。對變壓器，避雷器可安裝在低壓側或高壓側，但如高低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同時(shí)，低壓側宜采用磁吹閥型避雷器。當避雷器可能頻繁動(dòng)作時(shí)，宜采用有高值分閘電阻的斷路器。

4 線(xiàn)路非對稱(chēng)故障分閘和振蕩解列操作過(guò)電壓

電網(wǎng)送受端聯(lián)系薄弱，如線(xiàn)路非對稱(chēng)故障導致分閘，或在電網(wǎng)振蕩狀態(tài)下解列，將產(chǎn)生線(xiàn)路非對稱(chēng)故障分閘或振蕩解列過(guò)電壓。 預測線(xiàn)路非對稱(chēng)故障分閘過(guò)電壓，可選擇線(xiàn)路受端存在單相接地故障的條件，分閘時(shí)線(xiàn)路送受端電勢功角差應按實(shí)際情況選取。 有分閘電阻的斷路器，可降低線(xiàn)路非對稱(chēng)故障分閘及振蕩解列過(guò)電壓。當不具備這一條件時(shí)，應采用安裝于線(xiàn)路上的避雷器加以限制。

5 對于空載線(xiàn)路分閘過(guò)電壓

應采用在電源對地電壓為1.3UXG 條件下分閘時(shí)不重燃的斷路器加以防止。

6 變電所應安裝避雷器

以防止操作過(guò)電壓損壞電氣設備。安裝位置如下： A.出線(xiàn)斷路器線(xiàn)路側的每一線(xiàn)路入口側，稱(chēng)安裝于該位置的避雷器為線(xiàn)路避雷器; B.出線(xiàn)斷路器變電所側，稱(chēng)安裝于該位置的避雷器為變電所避雷器。 所有避雷器具體安裝位置和數量尚應結合4.4.2 確定。 注：線(xiàn)路入口處無(wú)并聯(lián)電抗器時(shí)，如預測(對斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈條件)

該處過(guò)電壓不超過(guò)避雷器操作過(guò)電壓保護水平時(shí)，可不必在該處安裝避雷器。

7 具有串聯(lián)間隙避雷器的額定電壓

應不低于安裝點(diǎn)的電網(wǎng)工頻過(guò)電壓水平。

8 應用金屬氧化物避雷器限制操作過(guò)電壓時(shí)

應參照廠(chǎng)家產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)，使其長(cháng)期運行電壓值、工頻過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓允許持續時(shí)間符合電網(wǎng)要求。

9 避雷器的操作過(guò)電壓通流容量

允許吸收能量應符合電網(wǎng)要求(對斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈的條件)。 此外，還應校核避雷器上的電壓是否超過(guò)其規定保護水平。當超過(guò)時(shí)，應考慮其對絕緣配合的影響。

10 為監測運行電網(wǎng)的工頻過(guò)電壓

諧振過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，宜在變電所安裝過(guò)電壓波形或幅值的自動(dòng)記錄裝置，并妥為收集實(shí)測結果。

限制操作過(guò)電壓的措施有;選用滅弧能力強的高壓開(kāi)關(guān);提高開(kāi)關(guān)動(dòng)作的同期性;開(kāi)關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻;采用性能良好的避雷器，如氧化鋅避雷器;使電網(wǎng)的中性點(diǎn)直接接地運行。

諧振過(guò)電壓：電力系統中一些電感、電容元件在系統進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會(huì )產(chǎn)生串聯(lián)諧振現象，導致系統某些元件出現嚴重的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓分為以下幾種:

(1) 線(xiàn)性諧振過(guò)電壓 諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線(xiàn)路的電感，變壓器的漏感)或勵磁特性接近線(xiàn)性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線(xiàn)圈)和系統中的電容元件所組成。

(2) 鐵磁諧振過(guò)電壓 諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象，使回路的電感參數是非線(xiàn)性的，這種含有非線(xiàn)性電感元件的回路在滿(mǎn)足一定的諧振條件時(shí)，會(huì )產(chǎn)生鐵磁諧振。

(3) 參數諧振過(guò)電壓 由電感參數作周期性變化的電感元件(如凸極發(fā)電機的同步電抗在Xd ～ Xq間周期變化)和系統電容元件(如空載線(xiàn)路)組成回路，當參數配合時(shí)，通過(guò)電感的周期性變化，不斷向諧振系統輸送能量，造成參數諧振過(guò)電壓。

限制諧振過(guò)電壓的主要措施有:

(1) 提高開(kāi)關(guān)動(dòng)作的同期性 由于許多諧振過(guò)電壓是在非全相運行條件下引起的，因此提高開(kāi)關(guān)動(dòng)作的同期性，防止非全相運行，可以有效防止諧振過(guò)電壓的發(fā)生。

(2) 在并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗，用這個(gè)措施可以阻斷非全相運行時(shí)工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。 (3) 破壞發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁的條件，防止參數諧振過(guò)電壓