浅谈过电压的产生及限制措施

浅谈过电压的产生及限制措施

杨桂梅杨玉梅

杨桂梅杨玉梅

（黑龙江省海伦市电业局黑龙江绥化152300）

中图分类号：TM8文献标识码：A文章编号：41-1413（2011）12-0000-01

摘要：过电压的产生在生活中经常发生，正确的认识它具有很重要的意义。

关键词：过电压电力系统变压器谐振

在电力系统运行中，由于种种原因，系统中的某部分电压可能升高，其数值大大超过设备的正常运行电压，这种现象称为过电压。其后果是：设备绝缘损坏，造成长时间的停电，危及人身及设备的安全。常见的过电压有如下几种：

一、电力系统中

（一）谐振过电压

电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路,在一定的能源作用下,会产生串联谐振现象。谐振现象是正弦稳态电路的一种特定的工作状况，它在无线电和电工技术中得到广泛的应用，但另一方面，在电力系统的某些元件上会出现严重的过电压，因此发生谐振时又有可能破坏系统的正常工作。

谐振过电压分为以下几种：

1.线性谐振过电压。谐振回路由不带铁芯的电感元件(如输电线路的电感、变压器的漏感)或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件(如消弧线圈)和系统中的电容元件所组成。

2.铁磁谐振过电压。谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振。

3.参数谐振过电压。由电感参数作周期性变化的电感元件(如凸极发电机的同步电抗在Xd-Xq间周期变化)和系统电容元件(如空载线路)组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。

限制谐振过电压的主要措施有：

1.提高开关动作的同期性。由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，提高开关动作的同期性，防止非全相运行，可以有效防止谐振过电压的发生。

2.在并联高压电抗器中性点加装小电抗。

3.破坏发电机产生自励磁的条件，防止参数谐振过电压。

4.在中性点非直接接地的系统中，选用激磁特性较好的电磁式电压互感器或电容式电压互感器；在电磁式电压互感器的开口三角形线圈内（35kv以下系统）装设10-100欧的阻尼电阻；在10kv及以下电压的母线上，装设中性点接地的星形接线电容器组等。

（二）三相电不平衡造成的过电压

在三相电力系统中三相负载不对称或发生断相时，一或两相电压升高会超过线电压，由于绝缘都是按正常工作时的额定值选定的，因此一旦出现过电压，绝缘有可能损坏，使得系统没办法正常工作。

二、变压器的过电压

变压器运行时，如果电压超过其最大允许工作电压，称为变压器的过电压。过电压往往对变压器的绝缘有很大的危害，甚至使绝缘击穿。过电压分为操作过电压和大气过电压两种。输电线路直接遭雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压;当变压器或线路上的开关合闸或拉闸操作时，因系统中电磁能量振荡和积聚而产生的过电压称为操作过电压。变压器的这两种过电压都是作用时间短促的瞬变过程。因此，必须采取必要的措施，防止过电压的发生和进行有效的保护。

过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况，一是将绕组与铁心(或油箱)之间的绝缘、高压绕组与低压绕组之间的绝缘(这些绝缘称为主绝缘)击穿;另一种是在同一绕组内将匝与匝之间或一段绕组与另一段绕组之间的绝缘击穿。

由于过电压时间极短，电压从零上升到最大值再下降到零均在极短的时间内完成，因而具有高频振荡的特性，其频率可达100kHz以上。如果由于某种原因，变压器的电压幅值超过了额定电压幅值，则变压器易遭受过电压。变压器过电压的破坏方式有以下两种：

1.击穿绕组之间、绕组与铁芯之间或绕组与油箱之间的绝缘，造成绕组短路或接地。

2.在同一绕组内将匝与匝间或段与段间的绝缘击穿，造成匝间短路。

变压器产生过电压的原因有以下几种：

1.大气过电压。大气过电压是输电线路直接遭受雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的。当输电线路直接遭受雷击时，雷云所带的大量电荷(设为正电荷)通过放电渠道落到输电线上，大量的自由电荷向输电线路的两端传播，就在输电线上引起冲击过电压，称为雷电过电压。雷电波由零上升到最大值这一段称为波头，下降部分称为波尾。在一般情况下，由于两种电容都存在，过电压时，一部分电流由对地电容分流，故每个匝间电容流的电流不相等，靠近输电线端的匝间电容流过的电流最大，愈往后则愈小，随着电压沿绕组高度的分布变为不均匀，起始电压分布更不均匀，靠近输电线端的前几匝间出现很大的电压梯度，因此，在靠近输电线端的前几个线匝里，匝间绝缘受到很大的威胁，这时最高匝间电压可能高达额定电压的50-200倍。

2.操作过电压。由于变压器或线路上的断路器合、接闸所引起的过电。

3.故障过电压。系统中发生单相短路或间歇电弧接地而产生的过电压。无论哪种过电压，作用的时间都很短暂，仅为几十微秒。操作过电压和故障过电压的数值一般为额定相电压的2-4.5倍，而大气过电压可达额定相电压的8-12倍。2.5倍以下的过电压，变压器一般是能够承受的，超过2.5倍，无论哪种过电压都可能损坏变压器的绝缘。防止过电压损坏变压器的方法是：在变压器中，除了应加强高压绕组对地的绝缘外，还应特别加强首端和末端附近两个匝间的绝缘，或者采用静电环和静电屏使绕组的第一匝和头几匝的电压分布均匀。对35千伏以上的变压器，还应尽量采用中性点接地系统来防止过电压造成损坏。

4.防护措施。为了防止变压器绕组绝缘在过电压时被击穿，必须采取适当的过电压保护措施，目前主要采用下列措施:

（1）避雷器保护。在变压器的高压端装设金属氧化物避雷器，其特点是动作灵敏，残压低，通流容量大，当雷电波从输电线侵入或者在操作过电压发生时，避雷器动作，过电压波对地导通，这样雷电波就不会侵入变压器，从而保护了变压器。在国家标准GB311.1-1997《高压输配电设备的绝缘配合》中对于变压器的绝缘水平规定为:“6kV变压器的短时(1min)工频耐受电压(有效值)为25kV，雷电冲击耐受电压(峰值)为60kV;10kV变压器的短时(1min)工频耐受电压(有效值)为35kV，雷电冲击耐受电压(峰值)为75kV。”

（2）加强绝缘。除了加强变压器高压绕组对地绝缘外，针对雷电波作用的特性，还要加强首端及末端部分线匝的绝缘，以承受由于起始电压分布不均匀而出现的较高匝间电压。这种方法效果有限，而且加厚绝缘使散热困难，同时减少了匝间电容，增大了匝间电压梯度。目前只在35kV及以下的变压器中采用。

（3）增大匝间电容。匝间电容相对于对地电容愈大时，则电压的起始分布愈均匀，电压梯度越小，因此增加匝间电容是有效的过电压保护措施。

造成变压器过电压的原因多种多样，针对不同的过电压，有不同的过电压保护措施。在实际工作中，应进行经济上和技术上的全面研究，选择有效的过电压保护措施，确保变压器的安全稳定运行。