供配電系統(tǒng)中過電壓保護(hù)

劉井軍

山東兗礦輕合金有限公司，山東濟(jì)寧 273515

1 過電壓與電力設(shè)備絕緣水平

為保證電力的正常連續(xù)運(yùn)行，電氣設(shè)備的絕緣抗電強(qiáng)度應(yīng)與電網(wǎng)可能出現(xiàn)的過電壓相匹配，從而適應(yīng)電網(wǎng)的運(yùn)行條件。電氣設(shè)備絕緣可分為自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣兩大類。其中自恢復(fù)絕緣是指在受到施加擊穿電壓后引起擊穿，施加電壓中斷后即可完全恢復(fù)的其絕緣性能的絕緣。高壓設(shè)備的外絕緣以及由某些氣體、液體構(gòu)成的內(nèi)絕緣均屬于自恢復(fù)絕緣。非自恢復(fù)絕緣是指受到施加擊穿電壓后引起擊穿，施加電壓中斷后喪失或部分喪失其絕緣性能的絕緣。通常是由固體介質(zhì)、部分液體介質(zhì)構(gòu)成的設(shè)備絕緣，大多數(shù)內(nèi)絕緣屬于非自恢復(fù)絕緣。在電力系統(tǒng)中，表明設(shè)備絕緣情況的試驗電壓值主要有：1）短時工頻耐受電壓值；2）雷電沖擊耐受電壓值；3）操作沖擊耐受電壓值；4）長時間工頻試驗電壓值。上述電力設(shè)備的耐受電壓，其絕緣水平應(yīng)符合GB311.1-83標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備基準(zhǔn)絕緣水平。當(dāng)電力網(wǎng)可能出現(xiàn)超過其絕緣水平所能承受的過電壓時，必須設(shè)置相應(yīng)保護(hù)措施，以限制過電壓。

2 過電壓的分類

2.1 外部過電壓

1）直擊雷過電壓。雷云直接對電力設(shè)備或電力線路放電引起電電網(wǎng)短時電壓升高；2）感應(yīng)雷過電壓。電力線路附近發(fā)生雷電襲擊，從而在設(shè)備和線路上產(chǎn)生靜電感應(yīng)產(chǎn)生的瞬時過電壓；3）流動波過電壓。電力線路受到雷電直擊或雷電感應(yīng)，電磁波以光速向電變壓器和電力設(shè)備傳遞，從而在變壓器和電力設(shè)備上產(chǎn)生過電壓。

2.2 內(nèi)部過電壓

在電力負(fù)荷投入和切除的過程中，電力系統(tǒng)參數(shù)隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致電磁能量的轉(zhuǎn)化從而造成電壓升高，稱過內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓一般分為：1）工頻過電壓：電力系統(tǒng)發(fā)生故障或負(fù)荷突然發(fā)生急劇變化等原因，引起短時超過正常工作電壓的工頻電壓升高；2）操作過電壓：因電力操作導(dǎo)致電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化而產(chǎn)生電壓升高。電力系統(tǒng)中常見的操作過電壓主要有：開斷空載線路產(chǎn)生過電壓、空載線路的合閘過電壓、開斷電容器組引起的過電壓、開斷空載變壓器過電壓、開斷高壓電動機(jī)過電力、振蕩解列過電壓等；3）諧振過電壓：電力網(wǎng)中設(shè)備復(fù)雜，其用電設(shè)備都有電感、電容，從而組成了極為復(fù)雜的振蕩電路，正常運(yùn)行時，不會發(fā)生諧振，但受到激勵后，其局部網(wǎng)絡(luò)就會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，一個或幾個諧波的幅值急劇升高，從而造成電網(wǎng)某部分過電壓。

3 過電壓的抑制措施

針對供配電過程中，過電壓產(chǎn)生的原因，必須采取適當(dāng)?shù)倪^電壓抑制措施，才能保證用電過程中人員和設(shè)備安全。

3.1 應(yīng)用避雷針（器）

避雷針能有效地將雷電流引向自身并安全入地，是保護(hù)直擊雷的有效措施。對變壓器等設(shè)備一般采用避雷針保護(hù)，其保護(hù)范圍取決于避雷器高度；針對重要的用電設(shè)備，可以采用防雷器進(jìn)行防雷保護(hù)。為了保證防雷效果，防雷針（器）的接地電阻必需要符合技術(shù)要求，并依據(jù)用電規(guī)程，定期對接地電阻進(jìn)行測量和檢查。同時，設(shè)備與接地極之間的距離也需滿足安全用電的相關(guān)規(guī)定。其中金屬氧化物避雷器，又稱壓敏避雷器。它在結(jié)構(gòu)上沒有火花間隙，由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的壓敏電阻片（閥片）組成。這種避雷器的閥片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，在工頻電壓下，閥片具有極大的電阻，呈絕緣狀態(tài)，能迅速有效的阻斷工頻續(xù)流，因此無需火花間隙來熄滅工頻電壓引起的電弧；當(dāng)電壓超過一定值（稱為起動電壓）時，閥片“導(dǎo)通”，呈低阻狀態(tài)，將大電流泄入地中；當(dāng)危險過電壓消失以后，閥片迅速恢復(fù)高阻絕緣狀態(tài)。因金屬氧化物避雷器具有無間隙、無續(xù)流、通流量大、殘壓低、體積小、重量輕等優(yōu)點，因此得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3.2 加強(qiáng)絕緣

在針對雷電波作用的特性，通過加強(qiáng)供電線路首端及末端部分的絕緣，從而使用電設(shè)備和變電設(shè)備得以承受起始電壓不均出現(xiàn)的較高匝間電壓。這種方法的過電壓抑制效果有限，當(dāng)加厚絕緣層時，容易產(chǎn)生散熱困難，匝間電容減小，從而造成匝間電壓梯度增大。一般只在35kV及以下的變壓器中采用。

3.3 增大匝間電容

匝間電容相對于對地電容愈大時，則電壓的起始分布愈均勻，電壓梯度越小，因此增加匝間電容是有效的過電壓保護(hù)措施。

3.4 限制諧振過電壓主要措施

1）中性點非直接接地電網(wǎng)，為防止產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，要注意防止以下運(yùn)行方式：（1）變壓器間帶有電磁式電壓互感器的空母線或空載短路供電；（2）送電線路一相斷線后一端接地、斷路器的非同期動作、熔斷器的非全相熔斷等；

2）中性點直接接地的電網(wǎng)，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)中性點不接地；

3）應(yīng)采取措施防止變壓器和用電設(shè)備因電感參數(shù)周期變化引起過電壓，可用快速勵磁自動調(diào)節(jié)器限制因為電機(jī)電感參數(shù)的周期性變化而產(chǎn)生的同步自勵過電壓。

3.5 采用滅弧能力強(qiáng)的快速高壓斷路器

在斷路器主觸頭上并聯(lián)電阻該并聯(lián)電阻約3 000Ω，在并聯(lián)電阻上串聯(lián)一個輔助觸頭，以減少電弧重燃的次數(shù)，控制操作過電壓的倍數(shù)。

4 結(jié)論

造成供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備產(chǎn)生過電壓的原因，多種多樣。在實際工作中，對過電壓情況進(jìn)行全面的分析，針對不同的過電壓情況，采取相應(yīng)經(jīng)濟(jì)、高效的抑制和保護(hù)措施，才能保證用電過程中，用電設(shè)備的安全運(yùn)行和人身安全保障。

[1]王麗主編.供配電技術(shù)[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009.