變電站過電壓現象及預防措施

宋想富

（東莞供電局， 廣東 東莞 523000）

在變電站運行操作過程中，過電壓或者諧振過電壓等情況的發生會使得設備絕緣損壞，造成長時間的停電及人身安全事故，給國民經濟和人民生命安全帶來損失。通過分析過電壓現象產生的原因，制定科學有效的防控策略，對提升變電站過電壓防范能力,營造安全、有序的電網服務環境,促進整體系統的可靠、高效、經濟運行具有重要的實踐意義。

1 變電站的過電壓

1.1 低壓系統中過電壓的產生

一般變電站的接線方式是三相四線制或者三相五線制，中性點接地和變壓器中性點同時接地，并連接接地軌道以及總等電位銅排。TN低壓電網有一點是直接接地的，電氣設備外露的部分通過TNC、TNS以及TNCS等三種方式，通過保護線連接接地線。

根據不同的用途，變電站的接地形式通常分為保護接地、防雷接地、防靜電接地以及工作接地；接地是否與規范要求相符會對設備安全、人身安全產生直接的影響。

1.2 低壓系統中接地防護問題產生的原因

首先，變電站工程的建設通常是包工包料，再加之缺乏有效的監督機制，變電站的接地網往往存在焊接工藝的隱患，比如沙石土壤或者地質干燥的區域，往往無法保證接地電阻的標準參數；或者焊接焊點熱穩定截面承受接地故障電流所產生的熱效應參數無法得到有效保證等。

其次，變電站在擴建時存在新舊地網連接的現象，但是舊地網未能重新打磨焊接，并且未對新舊聯絡點做出記錄。

再次，在變電站的工作現場，集成芯片、模塊由于靜電而損壞等問題。此外，應用微機保護也要求系統的抗電磁干擾、抗靜電干擾等性能更高。而對于電纜屏蔽系統僅僅依靠一層金屬屏蔽層是不夠的，仍然需要良好的接地系統。

2 空載變壓器操作過電壓及其預防措施

2.1 原理分析

所謂的變壓器空載運行是指變壓器的一次繞組與電源相連，而二次繞組開路的工作狀態。一旦變壓器處于空載運行的狀態，一次繞組與交流電壓連接后，會在繞組中產生電流，這種電流即為空載電流，也叫花子勵磁電流。一旦空載變壓器被切除以后，因為空載電流相對較小，而斷路器切斷小電流的過程中開關中會出現很強的游離作用，這種情況下如果電流不為零，則容易出現強制熄弧的現象，這種現象即為截流，截流就會在變壓器上產生過電壓。

2.2 預防措施

在操作空載變壓器過程中，會產生一種無法避免的物理現象，即截流，由于斷路器的截流而產生操作過電壓的問題，可采取如下措施進行預防：

(1)改善鐵芯

改善鐵芯對空載電流有一定的降低作用。因為磁化電流、鐵損電流共同組成空載電流，而磁化電流會產生磁通，鐵芯損耗引起鐵損電流，所以變壓器的鐵芯就是降低空載電流的關鍵因素。進一步改進鐵芯結構，提高鐵芯的質量是兩種基本措施，可利用冷軋晶粒代替硅鋼片，因為冷軋晶粒的導磁系統比較高。在大修變壓器時，要嚴格根據相關的質量標準檢修鐵芯。

(2)繞組采取糾結式

220kV變壓器是芯式變壓器，如果其繞組方式為糾結式繞組，則變壓器的寄生電容就會有所增大。糾結式繞組是把繞組中另一線匝直接插入到電氣上相鄰的線匝之間，使得繞組的縱向電容有所增加，而實際相鄰的匝間電位差也會進一步增大，從而在出現過電壓現象時，起始電壓可以在各線匝之間均勻的分布。

(3)采用帶并聯電阻的開關

在截流的一瞬間電感中的磁場能會轉化為電能，對電容進行充電。這時如果開關與電阻并聯就可以釋放電感中的磁場能量。在截流前帶并聯電阻的開關閉合后，就短接了開關并聯電阻，在截流后開關再斷開，電感中的電勢就會對電阻形成電流，從而電感中的磁場能量就會被消耗掉。

3 母線系統諧振過電壓的分析及其預防措施

3.1 原理分析

形成鐵磁諧振最根本的原因是由于變壓器或者電壓互感器等鐵磁電感，在故障暫態過程或者分閘操作過程中，鐵芯會發生飽和作用，滿足了諧振條件。由于鐵磁電感呈非線性的特點，其大小由鐵芯的飽和程度來決定，而其飽和程度又由暫態過程中TV三相繞組所承受的電壓幅值來決定，因此電壓越高鐵芯就越飽和，此時電感就會越小。母線系統所發生的鐵磁諧振分為兩種情況，即串聯鐵磁諧振與并聯鐵磁諧振。

220kV變電站包含了多個系統，包括大電流接地系統與小電流接地系統，還有中性點不接地系統等。在實際操作過程中，TV的非線性電感只要有足夠大的變化范圍，就存在發生串聯諧振或者并聯諧振，以及產生過電壓的可能。過電壓的表現通常如下：電壓互感器出現異常響聲、母線電壓一相或者兩相出現升高的現象、電壓互感器開口三角形電壓有所升高等，這些過電壓問題可能會造成系統的絕緣處被擊穿，或者母線電壓互感器過電流被燒毀。

3.2 預防措施

通過以上原理分析，對改善鐵磁諧振，可采取以下三種相應措施，包括：改變諧振回路參數、取掉均壓電容、改變操作順序或運行方式。其具體操作可以從兩種途徑加以解決：

(1)倒閘操作

首先要注意操作步驟的正確性。當母線停電時，先把母線TV隔離開關拉下來，再拉下母聯斷路器；送電時則執行相反的操作順序。當電源向母線升壓時，要先將斷路器合下再進行升壓，當升壓結束停電時，要先把電壓降至歸零，再拉下斷路器。如果母線差動保護動作跳閘而造成一條母線停電，則要把母聯斷路器的隔離開關及時拉下，或者拉下母線TV的隔離開關。其次要注意運行方式的改變。通常相關的電力調度規程中都會做出明確的規定：在進行母線倒閘操作的過程中，值班人員要避免斷路器斷口電容和電磁式電壓互感器發生鐵磁諧振。一旦出現鐵磁諧振的情況，要馬止采取一切措施來破壞諧振條件，比如改變一次接線方式或者切斷諧振回路電源等。第三，在操作過程中增加電容。可以通過其他方法增加系統中的電容值，比如外接電容、投入空載線路、投入空載變壓器、投入消弧線圈、接入電纜線路、分段斷路器、拉合母聯以及投入空載線路等措施，以便躲開諧振區。第四，可以采取短接TV開口三角形繞組或者裝設消諧裝置的方法。相關工作人員除了要根據操作規程做正常處理外，還可以按照實際情況瞬間短接TV開口三角形繞組，或者設置諸如消諧管、阻尼電阻等消諧設備，從而消除諧振，這種作法可以非常有效的消除諧振，特別是分頻諧振。第五，在倒母線操作過程中，斷開母聯開關后要馬上對停運母線電壓進行檢查，查看其是否為零，如果母線電壓高于感應電壓，則要將斷開的母聯開關馬上合上；如果在母線停運了很長時間后才發現母線諧振，要及時停運母線，并帶上一個不帶電源的元器件以便可以消除諧振。

(2)技術設備

①先查閱、測量或者計算系統的對地電容參數以及TV勵磁特性，對其是否處于諧振范圍內做出判斷。

②在設備檢修的過程中要嚴格把握檢修質量，確保在倒閘操作過程中，斷路器三相是同期動作，從而斷路器的滅弧能力以及動作的同期性均會有所提高，這樣對操作過電壓有一定的限制作用。

③減少TV的接地點數。通常TV接地有兩種接地方式，即工作接地與保護接地。

④采取避雷設備加以保護。如果在電氣設備的輸入端，比如變壓器或者電壓互感器等安裝避雷設備，并進行可靠的接地，則防止操作過電壓的效果也非常好。

⑤如果是小電流接地系統，采取經消諧電阻或者消弧線圈的接地方式來取代TV中性點直接接地的方式，也可以防止操作過電壓。

[1] 鄒靜霞等.淺談變電站操作過電壓事故及防范措施[J].重慶市電機工程學會2010年學術會議論文集,2010

[2] 王志安. 一次220kV變電站鐵磁諧振過電壓事故分析及防止措施[J].科技資訊,2011(30)