電力系統(tǒng)過電壓知識

電力系統(tǒng)過電壓主要分以下幾種類型:大氣過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓。  
       大氣過電壓：由直擊雷或雷電感應(yīng)突然加到電力系統(tǒng)中，使電氣設(shè)備所承受的電壓遠遠過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。電力系統(tǒng)遭受大氣過電壓后，可使輸配電線路及電氣設(shè)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。特點是持續(xù)時間短暫，沖擊性強，與雷擊活動強度有直接關(guān)系，與設(shè)備電壓等級無關(guān)。因此，220KV以下系統(tǒng)的絕緣水平往往由大氣過電壓決定。氣過電壓，通常采取裝設(shè)避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，采用自動重合閘裝置等措施。

工頻過電壓：系統(tǒng)中在操作或接地故障時發(fā)生的頻率等于工頻(50 Hz)或接近工頻的高于系統(tǒng)工作電壓的過電壓。特點是持續(xù)時間長，過電壓倍數(shù)不高，一般對設(shè)備絕緣危險性不大，但在高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用當系統(tǒng)操作、接地跳閘后的數(shù)百毫秒之內(nèi)，由于發(fā)電機中磁鏈不可能突變，發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器的慣性作用，使發(fā)電機電動勢保持不變，這段時間內(nèi)的工頻過電壓稱為暫時工頻過電壓。隨著時間的增加，發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生作用，使發(fā)電機電動勢有所下降并趨于穩(wěn)定，這時的工頻過電壓稱為穩(wěn)態(tài)工頻過電壓。產(chǎn)生工頻過電壓的主要原因是：空載長線路的電容效應(yīng)，不對稱接地引起的正序、負序和零序電壓分量作用，系統(tǒng)突然甩負荷使發(fā)電機加速旋轉(zhuǎn)等。限制工頻過電壓應(yīng)針對具體情況采取專門的措施，常用的方法有：采用并聯(lián)電抗器補償空載長線的電容效應(yīng)，選擇合理的系統(tǒng)中性點運行方式，對發(fā)電機進行快速電壓調(diào)整控制等等。

操作過電壓:由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)突然變化，系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)，在此過渡過程中系統(tǒng)本身的電磁能振蕩而產(chǎn)生的過電壓。 特點是具有隨機性，但不利情況下過電壓倍數(shù)較高。操作過電壓原因及規(guī)避措施

1 電網(wǎng)的操作過電壓一般由下列原因引起

A.線路合閘和重合閘; B.空載變壓器和并聯(lián)電抗器分閘; C.線路非對稱故障分閘和振蕩解列; D.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過電壓對電網(wǎng)設(shè)備絕緣配合有重要影響，應(yīng)采用有合閘電阻的斷路器對該過電壓加以限制。避雷器可作為變電所電氣設(shè)備操作過電壓的后備保護裝置，該避雷器同時是變電所的雷電過電壓的保護裝置。 設(shè)計時對A、C 類過電壓，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)條件加以預(yù)測。

2 線路合閘和重合閘操作過電壓

空載線路合閘時，由于線路電感-容的振蕩將產(chǎn)生合閘過電壓。線路重合時，由于電源電勢較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過程，使過電壓進一步提高。因此斷路器應(yīng)安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過電壓。 應(yīng)按電網(wǎng)預(yù)測條件，求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運行中使用時)的過電壓分布，求出包括線路受端的相對地及相間統(tǒng)計操作過電壓。預(yù)測這類操作過電壓的條件如下： A.空載線路合閘，線路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網(wǎng)較高電壓; B.成功的三相重合閘前，線路受端曾發(fā)生單相接地故障;非成功的三相重合閘時，線路受端有單相接地故障。 空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運行中使用時)，在線路受端產(chǎn)生的相對地統(tǒng)計操作過電壓，不應(yīng)大于2 2UXG 。

3 分斷空載變壓器和并聯(lián)電抗器的操作過電壓

由于斷路器分斷這些設(shè)備的感性電流時強制熄弧所產(chǎn)生的操作過電壓，應(yīng)根據(jù)斷路器結(jié)構(gòu)、回路參數(shù)、變壓器(并聯(lián)電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過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(cè)或高壓側(cè)，但如高低壓電網(wǎng)中性點接地方式不同時，低壓側(cè)宜采用磁吹閥型避雷器。當避雷器可能頻繁動作時，宜采用有高值分閘電阻的斷路器。

4 線路非對稱故障分閘和振蕩解列操作過電壓

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

5 對于空載線路分閘過電壓

應(yīng)采用在電源對地電壓為1.3UXG 條件下分閘時不重燃的斷路器加以重視。

6 變電所應(yīng)安裝避雷器

在操作過電壓損壞電氣設(shè)備。安裝位置如下： A.出線斷路器線路側(cè)的每一線路入口側(cè)，稱安裝于該位置的避雷器為線路避雷器; B.出線斷路器變電所側(cè)，稱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(shù)量尚應(yīng)結(jié)合4.4.2 確定。 注：線路入口處無并聯(lián)電抗器時，如預(yù)測(對斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈條件)

該處過電壓不過避雷器操作過電壓保護水平時，不該在此處安裝避雷器。

7 具有串聯(lián)間隙避雷器的額定電壓

應(yīng)不低于安裝點的電網(wǎng)工頻過電壓水平。

8 應(yīng)用金屬氧化物避雷器限制操作過電壓時

應(yīng)參照廠家產(chǎn)品使用說明書，使其長期運行電壓值、工頻過電壓、諧振過電壓允許持續(xù)時間符合電網(wǎng)要求。

9 避雷器的操作過電壓通流容量

允許吸收能量應(yīng)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(yīng)校核避雷器上的電壓是否過其規(guī)定保護水平。當過時，應(yīng)考慮其對絕緣配合的影響。

10 為監(jiān)測運行電網(wǎng)的工頻過電壓

諧振過電壓和操作過電壓，宜在變電所安裝過電壓波形或幅值的自動記錄裝置，并妥為收集實測結(jié)果。

限制操作過電壓的措施有;選用滅弧能力強的高壓開關(guān);提高開關(guān)動作的同期性;開關(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)的中性點直接接地運行。

諧振過電壓：電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴重的過電壓。諧振過電壓分為以下幾種:

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

(2) 鐵磁諧振過電壓 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(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，使回路的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時，會產(chǎn)生鐵磁諧振。

(3) 參數(shù)諧振過電壓 由電感參數(shù)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(tǒng)電容元件(如空載線路)組成回路，當參數(shù)配合時，通過電感的周期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，造成參數(shù)諧振過電壓。

限制諧振過電壓的主要措施有:

(1) 提高開關(guān)動作的同期性 由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的，因此提高開關(guān)動作的同期性，重視非全相運行，可以有效諧振過電壓的發(fā)生。

(2) 在并聯(lián)高壓電抗器中性點加裝小電抗，用這個措施可以阻斷非全相運行時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，參數(shù)諧振過電壓