淺談電力系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)措施

劉淑花

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 電力系統(tǒng)過(guò)電壓的概述

一般情況下，如果電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行表現(xiàn)正常的話，那么此時(shí)的電氣設(shè)備在正常的工作電壓下狀態(tài)應(yīng)該是絕緣的，但是如果遇到了雷擊或者是因?yàn)椴僮鞯氖д`使儀器發(fā)生了意外的故障的話，就會(huì)因此而導(dǎo)致在系統(tǒng)中的局部電壓超出了額定的范圍，那么這種現(xiàn)象就被稱之為過(guò)電壓。可將這種過(guò)電壓分為兩種，內(nèi)部的過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。內(nèi)部過(guò)電壓的發(fā)生原因一般是因?yàn)樵趯?duì)電氣設(shè)備進(jìn)行操作的過(guò)程中，由于人為的原因操作失誤，或者是線路在使用的時(shí)候由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)人管理而發(fā)生了短路或者接地的現(xiàn)象而使局部電壓突然上升而超出了規(guī)定的范圍，由此產(chǎn)生的現(xiàn)象會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成一定的危害，歸結(jié)起來(lái)內(nèi)部過(guò)電壓的發(fā)生原理是因?yàn)樵谙到y(tǒng)內(nèi)部的電磁能過(guò)度集中和發(fā)生震蕩所引起的。

一般將內(nèi)部過(guò)電壓分為靜態(tài)情況下的過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，對(duì)于這兩種過(guò)電壓很好解釋，靜態(tài)過(guò)電壓就是由于在運(yùn)行的過(guò)程中，由于系統(tǒng)的運(yùn)行故障而造成的過(guò)電壓，而其中的操作過(guò)電壓就是因?yàn)樵趯?duì)設(shè)備進(jìn)行操作的過(guò)程中，人為的原因?qū)е碌牟僮魇д`而使電壓上升，這種情況的發(fā)生具有隨機(jī)性較強(qiáng)的特點(diǎn)。

而大氣過(guò)電壓一般被劃分三種情況，感應(yīng)雷引起的過(guò)電壓、直接雷引起的過(guò)電壓和侵入雷引起的過(guò)電壓，由這三種方式引起的過(guò)電壓在時(shí)間上比較短，是其中的特點(diǎn)，但是所帶來(lái)的沖擊力是非常的大的，對(duì)于系統(tǒng)所造成的傷害是非常強(qiáng)的，它們所引發(fā)的破壞程度是和雷電的變現(xiàn)強(qiáng)度有著非常大的關(guān)系的，與設(shè)備在電壓上的等級(jí)是沒(méi)有多大關(guān)系的。

2 雷電過(guò)電壓

分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓。直擊雷過(guò)電壓由雷電流通過(guò)被擊物在阻抗上產(chǎn)生的壓降和兼有雷電通道的電磁場(chǎng)的感應(yīng)電壓共同組成，其幅值極高;感應(yīng)雷過(guò)電壓是在輸電線路附近地面遭到雷擊時(shí)，由電場(chǎng)和電磁場(chǎng)的劇烈變化形成的過(guò)電壓，這種過(guò)電壓多數(shù)為正極性，波前時(shí)間約l0us，其幅值一般不大于500kv，對(duì)60kv以下的線路有擊穿的危險(xiǎn)。

3 內(nèi)部過(guò)電壓

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中，由于人為的開關(guān)操作或故障引起的工作狀況發(fā)生改變，這樣會(huì)就在變化過(guò)程中引起系統(tǒng)內(nèi)部的電磁能發(fā)生振蕩，這就是所謂的內(nèi)部過(guò)電壓。操作過(guò)電壓倍數(shù)，實(shí)際出現(xiàn)的操作過(guò)電壓幅值與系統(tǒng)最高運(yùn)行相電幅值之比，稱為操作過(guò)電壓倍數(shù)k。它是隨機(jī)變量，與系統(tǒng)結(jié)線、容量及參數(shù)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器性能、母線出現(xiàn)回路數(shù)以及系統(tǒng)運(yùn)行、操作方式等有關(guān)。

4 雷電過(guò)電壓保護(hù)

避雷器是作為雷電過(guò)電壓保護(hù)的重要設(shè)備之一，避雷器安裝在導(dǎo)線和大地之間，與保護(hù)設(shè)備成并聯(lián)狀態(tài)，是用來(lái)預(yù)防過(guò)電壓的重要措施之一，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，導(dǎo)線產(chǎn)生過(guò)電壓的情況下避雷器就會(huì)釋放出電壓電荷，保護(hù)導(dǎo)線的電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，確保導(dǎo)線的絕緣不被損壞，保證供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.1 架空送電線路的防雷保護(hù)架空送電線路的防雷保護(hù)措施有：

4.1.1 現(xiàn)在為了避免雷電襲擊產(chǎn)生過(guò)電壓，通常在架空線路上采用避雷線，這樣在雷電天氣，導(dǎo)線受雷擊的次數(shù)就會(huì)相對(duì)減少。

4.1.2 減少避雷線的接地電阻或適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，以避免反擊閃絡(luò)。個(gè)別桿塔亦可使用管形避雷器保護(hù)。

4.1.3 有時(shí)可用降低線路絕緣上的工頻平均電場(chǎng)強(qiáng)度的辦法，使發(fā)生沖擊閃絡(luò)后不致轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的電力電弧。考慮到雷擊事故中主要是單相接地，電網(wǎng)中性點(diǎn)可采用不直接接地的方式，以提高供電的可靠性。

4.1.4 采用自動(dòng)重合閘或采用雙回路(或環(huán)網(wǎng))供電。

4.2 變電站的防雷保護(hù)

在變電站，對(duì)直擊雷的保護(hù)采用避雷針或避雷線，對(duì)侵入波則采用閥型避雷及進(jìn)線段保護(hù)。對(duì)于不是全線架設(shè)的避雷線路，需要在距離變電站二公里左右的地方裝設(shè)避雷線及管型避雷器，這樣就能在線路被直擊雷擊中時(shí)進(jìn)行有效的保護(hù)，雷電波難以侵入進(jìn)來(lái)。

4.3 對(duì)變壓器及電力設(shè)備防止雷電侵入波的保護(hù)

侵入波是防雷的重點(diǎn)，侵入波對(duì)變電站內(nèi)變壓器等電力設(shè)備的損害是十分嚴(yán)重的，侵入波侵入后電力設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全。所以除了進(jìn)行進(jìn)線段保護(hù)外，還要利用閥型避雷器時(shí)進(jìn)行保護(hù)，必須注意到被保護(hù)設(shè)備上的過(guò)電壓u，由于下述一些原因，它會(huì)超過(guò)避雷器殘壓ubc的額定最大值。

4.3.1 避雷器至被保護(hù)設(shè)備連接的電感與被保護(hù)設(shè)備絕緣的等值電容組成振蕩回路。振蕩過(guò)程中電感中感應(yīng)電勢(shì)和殘壓迭加，共同作用于被保護(hù)設(shè)備。這種作用稱為“距離效應(yīng)”。如考慮被保護(hù)設(shè)備上有與行波反號(hào)的工頻電壓，由于振蕩加強(qiáng)，u較ubc大得更多。

4.3.2 流過(guò)避雷器的雷電流波前小于規(guī)定值(8us)時(shí)，實(shí)際殘壓將超過(guò)計(jì)算時(shí)所取的值。這種作用稱為“雷電流波形效應(yīng)”。

4.3.3 由于避雷器的接地引線及接地電阻上的壓降及避雷器老化等原因，實(shí)際殘壓可能超過(guò)額定值。因此，在被保護(hù)設(shè)備的耐受電壓和避雷器殘壓之間要留有適當(dāng)?shù)拈g隔。閥型避雷器與被保護(hù)設(shè)備間的最大允許距離同上述諸因素有關(guān)，除對(duì)新建高壓變電站外，一般可按過(guò)電壓保護(hù)規(guī)程所規(guī)定的數(shù)據(jù)來(lái)確定。

4.4 電纜線路的防雷保護(hù)

電纜線路一般不會(huì)遭到直擊雷，雷電過(guò)電壓只能從連接的架空線路侵入，故需考慮對(duì)雷電侵入波的保護(hù)。電纜的波阻抗小，約為架空線的1/10，故當(dāng)入侵的雷電過(guò)電壓在電纜兩端來(lái)回反射時(shí)，對(duì)短電纜有可能產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，需裝設(shè)避雷器保護(hù)。避雷器有裝于電纜的始端、末端和兩端等方式。

4.5 架空配電網(wǎng)的防雷保護(hù)

對(duì)3～10kv采用鋼筋混凝土桿的線路，一般采用瓷橫擔(dān)，如采用鐵橫擔(dān)，宜用高一級(jí)絕緣水平的絕緣子，并盡量縮短切除故障時(shí)間，以減少雷擊跳閘率和斷線等事故。另外，按防止侵入波的要求，在進(jìn)線上需裝設(shè)避雷器或保護(hù)間隙及短段避雷線保護(hù)措施。對(duì)3～10kv配電變壓器，應(yīng)用閥型避雷器保護(hù)。也可兩相用避雷器一相用間隙保護(hù)，在同一配電網(wǎng)中，間隙必須裝在同一相等線上，或者三相均用間隙保護(hù)，保護(hù)裝置應(yīng)盡量靠近變壓器，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)或中性點(diǎn)擊穿保險(xiǎn)器的接地端 (對(duì)中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng))以及金屬外殼連在一起接地。

[1]范文鋒，張玉平，趙洪城，馬馳.諧振過(guò)電壓的限制方法[J].熱電技術(shù)，2007（03）.

[2]楊奎，曾輝，遲春娟.從運(yùn)行方式看電力系統(tǒng)供配電網(wǎng)的發(fā)展[J].新疆電力.2006，(04).

[3]楊鵬程，陳水明，周宗川，張爽，黃永寧，750Kv沿線多組避雷器限制操作過(guò)電壓研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（10）.

[4]胡平.電力系統(tǒng)過(guò)電壓的產(chǎn)生及限制措施[J].湘電培訓(xùn)與教學(xué)，2006（03）.