變電站過電壓分析及防護措施

苗晨 梁肖裕 李彥君 鄭鑫磊

摘要

過電壓，簡單來說，是指電力系統在運作過程中，有些電壓出現升高的情況，高出設備的最大工頻運行電壓值，過電壓造成的后果非常嚴重，不僅對設備造成損壞，而且導致斷電問題不能在第一時間得到解決，使得人們的生命財產安全受到傷害。為了確保電力系統在運行時不會出現故障，相關部門要積極采取防護措施本文仔細分析變電站過電壓及防護措施，以供大家參考。

【關鍵詞】變電站 過電壓 防護措施

電力系統在運行的過程中，由于出現故障或者人為操作失誤，產生短期的過電壓，導致變壓器的絕緣出現損壞，電氣設備不能正常使用。因此，想要保證電氣系統正常運行，相關部門工作人員必須要根據實際情況，及時采取正確的防護措施，防止變電站出現過電壓的情況。

1 變電站過電壓的主要原因

變壓器在在使用過程中出現的過電壓，破壞變壓器的絕緣有以下兩種情況：

（1）擊穿三種絕緣，分別是油箱之間、繞組之間以及鐵芯與繞組之間，導致接地或者繞組短路的情況出現。

（2）在一個繞組內，擊穿匝間和段間的絕緣，造成匝間出現短路的情況。通常，按照變壓器過電壓產生的不同原因，可以分為兩種情況，分別是內部過電壓和外過電壓。

1.1 內部過電壓

這種電壓是由電網里面能量傳遞或者轉化時形成的，其電網的額定電壓和幅值性成正比例的關系，如果額定電壓越高，幅值越大;反之，如果額定電壓越低，幅值越小。在超高壓電網中，危害性較大的電壓有兩種：

1.1.1 諧振過電壓

在特殊條件下，電網中電容參數和電感出現諧振造成過電壓。因為變電壓所有段繞組的等值回路是電阻、電容。其回路的自然諧振頻率是固定不變的，基范圍較寬，大約在幾百赫茲或者幾千赫茲，并且超過60%小于100KHZ，回路的Q值最大值是30，衰減系數保持在0.7-0.9之間。遇到特殊激發的情況，應操作或者故障引起電網出現過電壓的情況，必須要滿足以下幾個條件：首先，變壓器的自然諧振頻率和電網中的過電壓頻率要保持一致。其次，將額定電壓和過電壓的幅度進行比較，符合標準值。然后，衰減系數減小的時候，相隔電壓的峰值系數要大于0.8。最后，過電壓長期合適的情況下，容易在局部繞組的位置產生諧振過電壓，導致變壓器出現各種故障。

1.1.2 切除空載變壓器時，形成的操作過電壓

一般來說，空載變壓器在穩定運作的時候，產生出激磁電感，大量的實驗研究結果顯示：切斷高出100A電流的時候。開關觸頭的電弧在工頻電流過零時，自然熄滅。同時，等值電感中不會存在任何的磁場能量，對其進行切除的時候，不會出現過電壓的現象。但是切除空載變壓器的時候，因為磁激電流較小，占額定電流的0.5%-1%之間，而且開關中的去游離效果相當強，所以只要電流不是零，息弧就會出現切流現象。在這種情況下，電感中存儲的所有能量都轉化為電廠能量，出現切除空載變壓器過電壓。

1.2 外過電壓

又稱為大氣過電壓，主要來源于直擊雷電感應和雷擊變壓器。換句話說，指雷云放電形成的感應雷過電壓和直擊雷過電壓。這種電壓的幅值受到兩個因素的影響，分別是防雷方法和雷電參數，與電網中的額定電壓無關。與內過電壓相比之下，外過電壓的特征是持續時間相對較短，嚴格控制在10秒左右，沖擊力相當強、具有脈沖的特點，與雷擊活動強度有密切的關系。

2 變電站過電壓的防護措施

通常，變電站過電壓的防護措施體現在以下三個方面：

（1）對于土壤電阻率高地區的桿塔，應該采取適當的措施，比如：延長接地帶、改變原有的接地形式、更換土壤、選用接地模塊以及添加垂直地體等等。如果線路是新建的，在原則上不能使用化學降阻劑。如果桿塔接地已經使用降阻劑，應該適當調整開挖檢查周期。在腐蝕嚴重的地區，可以選擇兩種接地裝置，分別是導電防腐漆和耐腐蝕性強的材料。

（2）禁止使用避雷針。帶避雷線的桿塔和變電站構架是許多傳播媒體所用天線的重要支柱，比如：電視天線、廣播天線、通訊天線等等。一旦避雷針被雷電侵入或者受到雷擊，波便沿著避雷線進到站里面，導致局部接地網電位不斷上升，竄入的高電位容易造成弱電和電壓設備損壞。對于弱電和低壓設備，可以采用限壓方法。對于因雷擊而造成弱電設備損壞可能發生的事故，可以裝置專業的浪涌保護器。變電站與發電廠的接地裝置，應該和避雷線連接在一起，方便分開連接點。如果避雷線和發電廠、變電站配電裝置直接相連，發電廠與變電站的接地網要連接地下的避雷線裝置，埋在地下的連接線，深度要超過15m。

（3）增強避雷線的維護保養工作。定期檢查部分線夾，確保桿塔接地點與避雷線連接是安全可靠。如果發現線路有絕緣架空地線，必須要不斷增強電間隙的檢修與保養工作。如果線路的功率值達到220kv以上，選擇絕緣地線的時候，地線上面的感應電壓超過幾十千伏，而感應電流超過幾百安培。在工程實踐活動中，曾經出現地線間隙連續放電的情況，造成通信出現嚴重的干擾，甚至將地線絕緣子全部損壞，引發斷電事故，根本原因在于地線間隙波動大或者施工過程出現問題。

3 結語

總而言之，想要確保電力系統可以穩定運行，必須要重視變電站過電壓防護。近年來，隨著經濟的迅速發展，科學技術在不斷進步，供電企業已經實現電力系統自動化。變電壓站過電壓是一項技術性的工作難題，要求在運行實踐過程中，結合變電站的實際情況，科學合理的設計過電壓防護系統，對設備進行定期檢查維修，不斷總結工作經驗。

參考文獻

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