關于電氣中壓系統過電壓的論述

王高尚 張會妍 李永記

（上海康恒環境股份有限公司，上海 青浦區 201703）

1 中壓系統過電壓的種類

電力系統在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統中的一種電磁擾動現象。電工設備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統安全可靠地運行。研究各種過電壓的起因，預測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統絕緣配合的前提，對于電工設備制造和電力系統運行都具有重要意義。

中壓系統的過電壓分為外部過電壓和內部過電壓，其中外部過電壓主要表現為大氣過電壓（也叫雷電過電壓），內部過電壓主要有：工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓、弧光接地過電壓等等。外部過電壓是由直擊雷引起，特點是持續時間短暫，沖擊性強，與雷擊活動強度有直接關系，與設備電壓等級無關。其防護措施主要是：防雷接地線、避雷針、避雷器等措施。在此，我們不做重點論述，主要是討論一下內部過電壓的防護。

2 幾種過電壓的特性及防護措施

2.1 工頻過電壓

由長線路的電容效應及電網運行方式的突然改變引起，特點是持續時間長，過電壓倍數不高，一般對設備絕緣危險性不大，但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用。所以工頻過電壓對于傳統的用電企業的影響不是很大，正常的用電設備及電纜線路都可以承受。

2.2 操作過電壓

操作過電壓主要是由于真空斷路器在關合、開斷變壓器、電動機和電抗器等感性負載時，容易產生截流過電壓、多次重燃過電壓及三相同時開斷過電壓。這些過電壓不但具有比較高的幅值，而且振蕩頻率非常高。最容易破壞感性設備的匝間絕緣，所以針對這種操作過電壓，開關行業提出不僅要降低過電壓幅值，而且要降低過電壓振蕩頻率。由于真空斷路器很強的滅弧能力，在電弧過零點之前被強行截斷。截流后電感中的磁能在向雜散電容充放電的振蕩過程中，產生過電壓。這種過電壓，主要產生在相間，一般為額定相電壓的3～4倍。

2.3 諧振過電壓

是由系統電容及電感回路組成諧振回路時引起的，特點是過電壓倍數高、持續時間長。諧振過電壓的幅值一般為額定電壓的2.5～3.5倍。

2.4 弧光接地過電壓

形成弧光接地過電壓的基礎是間歇性電弧。當中性點非直接接地系統發生單相間歇性弧光接地（以下簡稱“弧光接地”）故障時，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導致系統對地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感—電容回路上引起高頻振蕩過電壓。對于架空線路，過電壓幅值一般可達3.1～3.5倍相電壓。以電纜線路為主的供電電網，絕緣擊穿或電弧重燃時過渡過程中的高頻電流，可達數百安培甚至上千安培。高頻電流過零點電弧熄滅的可能性大大提高，電纜線路弧光接地時，非故障相的過電壓可達4～7倍。

3 幾種過電壓的防護措施論述

通過對以上幾種過電壓的特點分析，我們可以了解到在中壓系統中，對于操作過電壓、諧振過電壓和弧光接地過電壓的防護是非常重要的，他們都有一個共同的特點就是：過電壓的幅值高、振蕩頻率高、持續時間長。

目前對于操作過電壓的防護措施主要是在中置柜內增加組合式過電壓保護器來進行防護，而諧振過電壓和弧光接地過電壓主要是在系統加裝過電壓抑治柜來進行防護。首先我們來討論一下中置柜內增加組合式過電壓保護器來防護操作過電壓的必要性：我們知道在中置柜內加裝組合式過電壓保護器相當于我們人為的在線路回路中加裝了一個絕緣薄弱點，而這個絕緣薄弱點必須要滿足的條件是：當操作過電壓產生的時候，必須第一時間通過這個絕緣薄弱點對地釋放過電壓，進而保護線路及電氣設備不受操作過電壓的沖擊而發生損壞。因此我們人為設置的絕緣薄弱點必須要達到：

1、快速釋放過電壓且自身不會因過電壓而擊穿損壞，

2、即便自身損壞也不能因為過電壓保護器而影響到開關柜以及母線的安全運行。

我們知道，組合式過電壓保護器在中置柜內的普及應用已經有十幾年的時間了，之所以普遍采用是因為組合式過電壓保護器對于防止操作過電壓是有很顯著的好處的，傳統避雷器主要是吸收相對地的過電壓，對于相間的操作過電壓起不到保護作用，但隨著越來越多的組合式過電壓保護器的應用，也出現過很多因為過電壓保護器自身的原因（氧化鋅閥片通流量不夠、保護器密封性不好內部受潮、閥片長期運行老化等）發生爆炸的情況，而保護器爆炸帶來的危害是：輕則開關柜受損、重則整段母線停電，造成用戶的損失是非常大的。因此非常有必要選用具有防爆功能的組合式過電壓保護器，這樣對于系統的安全運行才會有保障。

對于諧振過電壓和弧光接地過電壓，我們通過在中壓系統的母線上增加過電壓抑治柜，基本上能夠有效防止諧振過電壓和弧光接地過電壓的產生，而即便產生了，也能夠第一時間通過過電壓抑治柜內的專用過電壓吸收裝置對地釋放掉，且過電壓吸收裝置是具有外部防爆保護的，對于系統的過電壓防護起到了很好的優化作用。