电力系统过电压知识

    电力系统过电压主要分以下几种类型:大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。

 

    大气过电压：由直击雷或雷电感应突然加到电力系统中，使电气设备所承受的电压远远超过其额定值。大气过电压可以分为直击雷过电压和感应雷过电压。电力系统遭受大气过电压后，可使输配电线路及电气设备的绝缘发生击穿或闪络，造成停电以致危害人的生命安全。特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。防止大气过电压，通常采取装设避雷针、避雷线、避雷器，合理提高线路绝缘水平，采用自动重合闸装置等措施。

 

    工频过电压：系统中在操作或接地故障时发生的频率等于工频(50 Hz)或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。特点是持续时间长,过电压倍数不高,一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用当系统操作、接地跳闸后的数百毫秒之内，由于发电机中磁链不可能突变，发电机自动电压调节器的惯性作用，使发电机电动势保持不变，这段时间内的工频过电压称为暂时工频过电压。随着时间的增加，发电机自动电压调节器产生作用，使发电机电动势有所下降并趋于稳定，这时的工频过电压称为稳态工频过电压。产生工频过电压的主要原因是：空载长线路的电容效应，不对称接地引起的正序、负序和零序电压分量作用，系统突然甩负荷使发电机加速旋转等。限制工频过电压应针对具体情况采取专门的措施，常用的方法有：采用并联电抗器补偿空载长线的电容效应，选择合理的系统中性点运行方式，对发电机进行快速电压调整控制等等。

 

    操作过电压:由于操作(如断路器的合闸和分闸)、故障或其他原因，使系统参数突然变化，系统由一种状态转换为另一种状态，在此过渡过程中系统本身的电磁能振荡而产生的过电压。特点是具有随机性,但最不利情况下过电压倍数较高。操作过电压原因及规避措施:

 

    1 电网的操作过电压一般由下列原因引起

 

    A.线路合闸和重合闸; B.空载变压器和并联电抗器分闸; C.线路非对称故障分闸和振荡解列; D.空载线路分闸。 线路合闸和重合闸过电压对电网设备绝缘配合有重要影响，应采用有合闸电阻的断路器对该过电压加以限制。避雷器可作为变电所电气设备操作过电压的后备保护装置，该避雷器同时是变电所的雷电过电压的保护装置。 设计时对A、C 类过电压，应结合电网条件加以预测。

 

    2 线路合闸和重合闸操作过电压

 

    空载线路合闸时，由于线路电感-容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。因此断路器应安装合闸电阻，以有效地降低合闸及重合闸过电压。 应按电网预测条件，求出空载线路合闸、单相重合闸和成功、非成功的三相重合闸(如运行中使用时)的过电压分布，求出包括线路受端的相对地及相间统计操作过电压。预测这类操作过电压的条件如下： A.空载线路合闸，线路断路器合闸前，电源母线电压为电网最高电压; B.成功的三相重合闸前，线路受端曾发生单相接地故障;非成功的三相重合闸时，线路受端有单相接地故障。 空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)，在线路受端产生的相对地统计操作过电压，不应大于2 2UXG 。

 

    3 分断空载变压器和并联电抗器的操作过电压

 

    由于断路器分断这些设备的感性电流时强制熄弧所产生的操作过电压，应根据断路器结构、回路参数、变压器(并联电抗器)的接线和特性等因素确定。该操作过电压一般可用安装在断路器与变压器(并联电抗器)之间的避雷器予以限制。对变压器，避雷器可安装在低压侧或高压侧，但如高低压电网中性点接地方式不同时，低压侧宜采用磁吹阀型避雷器。当避雷器可能频繁动作时，宜采用有高值分闸电阻的断路器。

 

    4 线路非对称故障分闸和振荡解列操作过电压

 

    电网送受端联系薄弱，如线路非对称故障导致分闸，或在电网振荡状态下解列，将产生线路非对称故障分闸或振荡解列过电压。 预测线路非对称故障分闸过电压，可选择线路受端存在单相接地故障的条件，分闸时线路送受端电势功角差应按实际情况选取。 有分闸电阻的断路器，可降低线路非对称故障分闸及振荡解列过电压。当不具备这一条件时，应采用安装于线路上的避雷器加以限制。

 

    5 对于空载线路分闸过电压

 

    应采用在电源对地电压为1.3UXG 条件下分闸时不重燃的断路器加以防止。

 

    6 变电所应安装避雷器

 

    以防止操作过电压损坏电气设备。安装位置如下： A.出线断路器线路侧的每一线路入口侧，称安装于该位置的避雷器为线路避雷器; B.出线断路器变电所侧，称安装于该位置的避雷器为变电所避雷器。 所有避雷器具体安装位置和数量尚应结合4.4.2 确定。 注：线路入口处无并联电抗器时，如预测(对断路器合闸需考虑合闸电阻一相失灵条件)

 

    该处过电压不超过避雷器操作过电压保护水平时，可不必在该处安装避雷器。

 

    7 具有串联间隙避雷器的额定电压

 

    应不低于安装点的电网工频过电压水平。

 

    8 应用金属氧化物避雷器限制操作过电压时

 

    应参照厂家产品使用说明书，使其长期运行电压值、工频过电压、谐振过电压允许持续时间符合电网要求。

 

    9 避雷器的操作过电压通流容量

 

    允许吸收能量应符合电网要求(对断路器合闸需考虑合闸电阻一相失灵的条件)。 此外，还应校核避雷器上的电压是否超过其规定保护水平。当超过时，应考虑其对绝缘配合的影响。

 

    10 为监测运行电网的工频过电压

 

    谐振过电压和操作过电压，宜在变电所安装过电压波形或幅值的自动记录装置，并妥为收集实测结果。

 

    限制操作过电压的措施有;选用灭弧能力强的高压开关;提高开关动作的同期性;开关断口加装并联电阻;采用性能良好的避雷器，如氧化锌避雷器;使电网的中性点直接接地运行。

 

    谐振过电压：电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路,在一定的能源作用下,会产生串联谐振现象,导致系统某些元件出现严重的过电压。谐振过电压分为以下几种:

 

    (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)和系统中的电容元件所组成。

 

    (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,使回路的电感参数是非线性的,这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时,会产生铁磁谐振。

 

    (3) 参数谐振过电压 由电感参数作周期性变化的电感元件(如凸极发电机的同步电抗在Xd ～ Xq间周期变化)和系统电容元件(如空载线路)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,造成参数谐振过电压。

 

    限制谐振过电压的主要措施有:

 

    (1) 提高开关动作的同期性 由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的,因此提高开关动作的同期性,防止非全相运行,可以有效防止谐振过电压的发生。

 

    (2) 在并联高压电抗器中性点加装小电抗，用这个措施可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振。

 

    (3) 破坏发电机产生自励磁的条件,防止参数谐振过电压。