220kV變電站運行操作中的過電壓防范與控制探究

摘要：隨著電力行業的繁榮，電網技術得到了新的突破，220kV變電站逐步成為城市供電系統中的關鍵要素。在220kV變電站的日常運作過程中，操作過電壓或諧振過電壓不僅對操作員的人身安全構成極大的威脅，還會造成設備的非正常中停，影響設備的使用壽命。針對這類情況，需要減少空載電流或加大變壓器電容的方法來減少出現過電壓情況。基于此，文章說明了220kV變電站的過電壓現象，提出了科學有效的防范控制措施，為電力的安全生產提供了借鑒。

關鍵詞：220kV變電站；運行操作；過電壓；防范控制措施；電力行業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM864 文章編號：1009-2374（2015）05-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0402

我國電力技術的不斷發展為完善電網建設提供了技術保障，變電站主要有四個等級的電壓：220kV、l10kV、35kV和10kV。在目前的供電系統中，220kV變電站已經被廣泛應用到城區電力供應網絡中，成為城市供電的重要保障要素。在220kV變電站的使用過程中，電壓升高或電位差加大導致電壓不穩的情況時有發生，出現220kV變電站的過電壓現象。一般來說，比較常見的過電壓現象有操作過電壓或諧振過電壓兩類，變電站的過電壓現象不僅嚴重威脅到了操作員的生命安全，還會大大縮短設備的使用壽命，造成設備非正常停止運行現象。因此，對220kV變電站操作過程中的過電壓現象進行必要的防范與控制顯得十分迫切，它是保證變電站持續、安全的措施。

1 變電站的過電壓現象

所謂過電壓現象，主要是指在變電站的運行系統中，電壓或電位差的突然升高破壞了設備的絕緣體性能，從而導致電壓不穩定的情況。變電站運行中較為常見的兩類過電壓現象是：操作過電壓現象和諧振過電壓現象，其中操作過電壓現象通常是由于操作不當引起的設備回路自振過電壓現象或是由于非線性設備參數周期變化造成的非線性諧振過電壓現象，它主要產生在故障的過渡階段，持續時間比較短。而諧振過電壓則是持續時間較長的穩態過電壓現象，部分情況下諧振過電壓會延續到下一操作步驟，直至出現能破壞諧振現象的內外部條件，負載變化、線路分合閘和排除故障等是產生諧振過電壓現象較為常見的原因。

2 220kV變電站運行中存在的過電壓問題

2.1 投切空載變壓器過電壓

投切空載變壓器是變壓器在運轉過程中一次繞組接通電源，但二次繞組處于開路狀態的情況。這種情況下產生的電流被稱為空載電流或花子勵磁電流。若空載變壓器一旦被切除，受變小的空載電流影響，在斷路器阻隔電流的過程中，設備開關會出現較大的游離引力。在這樣的情況下，需要將電流調整為零，若電流大于零則很容易使設備強制熄弧，這種現象也被稱為截流，截流現象是產生投切空載變壓器過電壓的主要原因。

2.2 母線諧振過電壓

變壓器和互感器間產生的鐵磁電感現象被稱為鐵磁諧振，當進行分合閘操作時會使設備處于短暫的暫停狀態，進而使鐵芯發生改變，當鐵芯達到飽和就會出現諧振現象。鐵芯的飽和程度決定了鐵磁電感的強度，而電壓值又決定了鐵芯的飽和程度，也就是說三相繞組產生的電壓值改變越大，鐵芯就越接近飽和狀態。母線的鐵磁諧振分為串聯和并聯兩類，串聯鐵磁諧振一般發生在大電流接地系統，而并聯鐵磁諧振則多見于小電流接地系統。220kV變電站可能同時存在串聯和并聯鐵磁諧振。出現過電壓現象時，互感器聲音會發生異常，設備會出現電壓升高的情況，嚴重時系統的絕緣處會燒壞，從而使母線電壓互感器無法正常運行。

3 過電壓控制措施

3.1 投切空載變壓器過電壓的控制措施

第一，減弱空載電流。空載電流的主要構成要素是鐵損和磁化電流，對空載電流的改變可以通過對鐵心結構與質量的控制來實現。改變變壓器中的鐵心結構或選用質量好的鐵心可以減弱空載電流，比如將鐵心中的硅鋼片換成冷軋晶粒可以減小空載電流。在實際操作中，還要注重對變壓器的日常檢查與維護。

第二，加大變壓器電容。通常220kV多為內置芯片的變壓器，可以利用糾結式繞組的方法來加大變壓器電容。通過變壓器線匝與糾結式繞組另一線匝的連接可以增強電容線粗，而線匝的電位差也會發生相應的變化。一旦出現過電壓，所有線匝將會被重新分配。

第三，采用并聯電阻開關。當截流現象產生，磁場會轉化為電能從而引起電容器中電容變大。使用并聯電阻開關，可以有效地釋放掉磁場能量。在實際運轉中，在截流產生之前要閉合開關，阻斷與開關并聯的電阻，截流之后要斷開開關，在電阻的作用下，電勢會產生電流，進而弱化磁場能量。

3.2 母線諧振過電壓的控制措施

針對母線諧振過電壓的情況，筆者根據實踐經驗，提出具體控制措施，包括發揮倒閘操作的作用以及保證技術設備，現闡述如下：

第一，首先要注重倒閘操作對改善母線諧振過電壓情況的作用。禁止母線電磁式電壓互感器在合閘狀態時，空充母線。在空充母線前，合上線路或分段開關母線側刀閘，增加線路或分段開關對地電容，改變系統電容參數，抑制諧振現象。

第二，熟悉所使用儀器設備的技術參數。首先要了解母線系統參數，認真檢查設備，準確計算相關數據，根據計算值判斷是否在諧振范圍，通過實踐發現將斷路器電容控制在450PF的狀態下不會發生鐵磁諧振。其次要定期改進設備，比如變壓器加裝避雷器能有效改善過電壓現象。

第三，改善母線電容參數。首先，更換母線或線路電磁式電壓互感器，采用伏安特性較好的電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器。鐵芯飽和是產生諧振重要原因。其次，在母線上安裝對地電容或將各饋線電流互感器安裝在母線刀閘側。

第四，去掉高壓開關均壓電容。高壓開關在熱備用狀態時，主變或線路上電壓通過均壓電容傳到母線上，形成諧振容性因素。

4 結語

綜上所述，社會的進步對電力網絡提出了越來越高的要求，為了更好地為城區提供用電服務，需要不斷提高變電站性能，改進繼電保護裝置。有效防范和控制220kV變電站運行操作中的過電壓現象，及時檢修相關設備，保證變電站的安全運轉，對于人們生產生活具有十分重要的作用。

參考文獻

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作者簡介：黃劍橋（1987-），男，供職于深圳供電局有限公司變電管理二所，研究方向：變電運行。

（責任編輯：蔣建華）