電力系統內部過電壓的防護技術要點

◎常嘉祺

電力系統內部過電壓的防護技術要點

◎常嘉祺

電力行業對國民經濟建設發展具有重大輔助作用，該體系穩定運行是保證各行業正常發展的基礎。電力系統的運行中，過電壓狀況多發，相關影響因素較為復雜，增大了事故發生幾率，對設備的危害、電力行業的正常運行均具有重大威脅。本文對過電壓類型、影響要素及相關防護措施進行了分析，旨在提高電力行業的穩定性、科學性與合理性。

電力設備管理中，內部過電壓是無外界因素影響所導致的過電壓現象。其主要起因分析如下：設備長期連續作業，存在老化狀況，導致絕緣性能發生變化；另一方面，設備運行中，短期電壓過高，超過上限值，引起過電壓的危害，導致設備發生短路狀況。過電壓對電網的穩定運行具有重大危害，需要根據設備內部過電壓原因進行儲能元件的分析，一般能量不可明顯變化，運行中對應元件的狀態也需要循序漸進變化，其周邊磁場、電場隨之發生對應轉換、震蕩，引起過電壓現象。為了避免過電壓的危害，需要加強儲能元器件的合理控制，避免震蕩狀況引起內部的過電壓問題。

過電壓類型

接地故障產生過電壓。單相接地故障較為頻發，對系統危害度不容忽視，系統電壓過高會增加該故障發生的幾率。該故障狀況下，相電壓增加，雖然增加后對應電壓未達到上限值，但是避雷設施已經無法發揮應有功能，防護體系性能減弱。操作中，單相接地狀況下，一般會根據過電壓比例對避雷器進行滅弧電壓處理，此時正常的相電壓較工作電壓會高出10%，對應電網滅弧電壓需要參考這一數值，以便為0.8倍的相電壓。另一方面，當超高壓電網發生問題時，應立即切斷回路，這時要避免電網中仍有電流經過，同時借助重合閘處理，保證故障的有效解除，借助其他補救措施實現操作控制。

負載突變過電壓。電力系統運行中，受影響因素、臨時故障的影響，會發生過電壓現象，需要進行停止供電處理，避免電壓持續升高帶來的危害。需要注意下述問題：發電機正常運轉中，需要對運行工況、磁鏈狀況進行研究，保證輸出功率、電動勢的合理性，避免電壓升高引起的危害；發動機運行中，制動系統、調速器固有慣性一般保持一致，轉速一定，甩負荷狀況下，轉速增加過大，會引起頻率增大；輸電線路過長狀況下，末端電容效應引起電壓增加，出現過電壓狀況的幾率增大[范秀麗.需電力系統內部過電壓及防護措施分析[J].科技創新與應用,2013年.]（范秀麗，2013）。根據上述狀況產生過電壓現象，需要加強操作處理中并聯電抗器、空載線路的應用，降低輸電線路過長產生的電容狀況，電機側需要進行消勵磁操作的實現。

諧振過電壓。電力系統產生諧振的原因是電感、電容等部件在回路工作時，受同一頻率影響產生共振。一般分為線性、非線性諧振。諧振電壓危害大，但是其產生條件較為苛刻，在非全相操作時電力系統才回產生諧振現象，當系統發生單相接地故障且其正序、零序阻抗滿足時才會發生線性諧振。而非線性諧振是由系統中變壓器或互感器等鐵磁元件引發的，且隨著外部電壓的變化而改變，若回路中存在電纜、串聯補償電容器等元件且滿足需ωL＞1/ωC需時才會導致電壓升高從而發生鐵磁諧振，且鐵磁諧振后會發生電流反向，容易引發電機反轉的事故[萬千云,需梁惠盈,齊立新,等.電力系統運行使用技術問答需[M].需北京:中國電力出版社需,2004年.]（萬千云,需梁惠盈,齊立新，2004）。

諧振過電壓現象需要考慮回路特性，該狀況過電壓對系統的危害度一般不高，若持續時間過長，則應改變電阻、電抗或者借助消諧器實現目的，一般操作較為簡單，效果良好。

電力系統內部過電壓防護

間歇性電弧過電壓。通常，當中性點不接地時，較容易出現這類過電壓現象，中性點不接地原因在于該系統在單相接地狀況下也可繼續工作一段時間，一般為兩小時，電弧可以發送充入狀況，導致線路負荷發生改變，中性點電壓增加引起過電壓現象。該狀況一般浮動不大，電壓上限為額定數值的3.5倍左右。但是受其持續時間過長、范圍過大的影響，弱絕緣現象的危害不容忽視[韓夢夢,吳文輝,黃戡,萬麗琴.需特高壓輸電線路工頻過電壓抑制的研究[J].需大功率變流技術.需2014年.]（韓夢夢,吳文輝,黃戡,萬麗琴，2012）。所以對弱絕緣設備也會產生一定程度的影響，要盡量采取有效措施避免這類影響的產生。在中性點處可以選用去電弧線圈，使電感電流補償電容電流，避免重燃現象的發生，減少過電概率。

電感性電流電壓的影響。系統中的空載電動機及變壓器即為小電感性負荷，受斷路器設計條件影響，切斷小電流將會引起振蕩現象的發生，該狀況下，對地雜散電容數值小，容易產生過電壓問題，這時我們可以利用避雷器，通常情況下此時的電流值較小，利用避雷器能夠對過電壓進行有效的防護，避免危險事故的發生。

開斷電容性過電壓。電容設備的容性電流，發生位置為電纜和空載線路中，原因在于斷路操作中會發生明顯的重燃狀況，進而導致較為明顯的系統振蕩，極易引起過電壓現象。為了避免該狀況的過電壓，需要進行斷口電壓上升幅度的有效控制，在斷路設備的端口位置設置并聯電阻，能夠極大解決過電壓問題的發生。

合空載長線過電壓。電力體系運行中，空載線路的操作較為常見，在超高壓系統中，重合閘操作容易產生過電壓，危害度極大，同時該現象是電網絕緣能力考核的重要指標。重合閘處理中，線路存在殘壓將會引起電壓相互疊加，繼而引起振蕩加速現象，過電壓可能會達到額定數值的三倍。其處理措施分析如下：借助帶合閘電阻的斷路器進行處理控制，降低線路殘余電壓的負面影響；借助專門設備對斷路器兩端最低狀況進行檢測判斷，進而選取合適的合閘操作方法；用磁吹型的金屬氧化物避雷器作為專門的后備保護。

經濟快速發展，電能需求量與日俱增，為了保證電力系統滿足當代社會的發展需求，需要充分避免過電壓狀況的發生，避免電氣設備故障引起的經濟損失。電氣設備故障還會導致重大安全事故，危害度極高。電力體系中，電網結構的操作電壓存在一定差異，為此，根據電壓等級進行有效分析，區別對應處理方法，可充分避免過電壓現象的發生，提高電力系統安全性、穩定性的運行機制。借助現代化管理模式優化調整防護能力，并加強業內過電壓類型、防護方法的有效分析具有重大意義。

（作者單位：內蒙古烏蘭察布電業局）