35 kV供電系統(tǒng)中過電壓現(xiàn)象的預(yù)防分析

王建榮

（陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司渭南供電分公司，陜西 渭南 714000）

1 供電系統(tǒng)中過電壓的種類、成因及其危害

1.1 過電壓的種類

所謂的過電壓具體是指在導(dǎo)線或相對地之間出現(xiàn)的峰值高于電工設(shè)備最高電壓峰值的電壓。而供電系統(tǒng)當(dāng)中的過電壓則是指在某些特定的條件下，出現(xiàn)的高于工作電壓的異常電壓升高，實(shí)質(zhì)上過電壓屬于一種電磁擾動現(xiàn)象。供電系統(tǒng)中電工設(shè)備的絕緣除了需要長期承受著正常的工作電壓之外，還必須能夠承受一定幅值的過電壓，這樣才可以確保系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。供電系統(tǒng)中的過電壓主要分為以下2種類型，即外過電壓和內(nèi)過電壓：（1）外過電壓。一般由雷電和大氣等外在自然因素引起的過電壓稱為外過電壓。其中雷擊過電壓又被稱為瞬態(tài)過電壓，這是因?yàn)槠涑掷m(xù)的時間僅有十幾到幾十微秒，具有脈沖的特性。雷擊過電壓大體上可分為直擊雷和感應(yīng)雷2種形式。其中直擊雷過電壓是指雷電閃絡(luò)直接擊中供電系統(tǒng)當(dāng)中電工設(shè)備的導(dǎo)電部分所產(chǎn)生的過電壓。在35 kV供電系統(tǒng)當(dāng)中，輸電線路是最容易遭受雷擊的，這也是引發(fā)線路故障最主要的原因。（2）內(nèi)過電壓。具體是指由于供電系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過電壓。內(nèi)過電壓常見的形式有以下2種：1）諧振過電壓。這種形式的過電壓是系統(tǒng)中電感以及電容等儲能元器件在某些特定接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振而產(chǎn)生的。大致可分為3種，即：線性諧振、鐵磁諧振和參量諧振。2）操作過電壓。通常情況下，為了確保供電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，或是因?yàn)樾枰獙δ承┕收衔恢眠M(jìn)行切除，系統(tǒng)便經(jīng)常會借助斷路器操作來改變當(dāng)前的運(yùn)行方式。可將供電系統(tǒng)看作一個復(fù)雜電路，而斷路器動作時，會使系統(tǒng)從一種電磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種電磁狀態(tài)，在這一過程中，會形成電磁振蕩，當(dāng)電磁能與靜電能這兩者在電感或電容元器件當(dāng)中以固有的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化時，便會使電工設(shè)備中出現(xiàn)過電壓，即操作過電壓。

1.2 過電壓的成因及危害

現(xiàn)階段，在我國大部分配電網(wǎng)中采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，僅有少部分配電網(wǎng)仍然采用老式的消弧線圈接地。對電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)查表明，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，受電壓互感器鐵心飽和的影響，易引起較多的鐵磁諧振過電壓，盡管當(dāng)前對諧振過電壓采取了不少的限制措施，但是仍然不能從根本上解決這一問題，致使熔絲熔斷、TV燒毀等現(xiàn)象頻頻發(fā)生。此外，由于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式屬于單相接地，可維持在2 h內(nèi)不發(fā)生用戶斷電現(xiàn)象。然而，隨著中低壓電網(wǎng)的不斷擴(kuò)建，使其線路回路數(shù)大幅度增加，線路長度也不斷增長，從而導(dǎo)致中低壓電網(wǎng)對地電容電流出現(xiàn)猛增，當(dāng)單相接地時易產(chǎn)生電弧電壓，通常高于相電壓的3～5倍。在這種情況下，電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方容易受放電的影響而被擊穿，嚴(yán)重時會引發(fā)相間短路，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備損壞事故，造成停電。采用老式消弧線圈接地的配電網(wǎng)，由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，僅能夠在過補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行，而不能在全補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行，因而使得脫諧度整定約在20%～30%之間，嚴(yán)重削弱了對弧光過電壓的抑制效果。

2 35 kV供電系統(tǒng)中過電壓現(xiàn)象的預(yù)防措施

2.1 防治內(nèi)過電壓的有效措施

（1）操作過電壓防治。抑制系統(tǒng)操作過電壓的方法主要有以下幾種：1）外接非線性電阻吸收裝置。通過大量的實(shí)際應(yīng)用表明，該方法在抑制操作過電壓方面的效果非常良好。氧化鋅壓敏電阻是諸多非線性電阻吸收裝置中抑制操作過電壓效果最好的一種，適用于35 kV供電系統(tǒng)當(dāng)中，該裝置具有半導(dǎo)體穩(wěn)壓管的功效，在工頻電壓下能夠呈現(xiàn)出較大的阻值。該裝置具有動作快、壽命長、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在投入運(yùn)行前及運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)做好高壓調(diào)試工作，這有利于裝置達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。2）“老練”處理法。這是電力系統(tǒng)中抑制操作過電壓最為常用的一種方法，具體包括直流老練法、觸頭低壓大電流和高壓小電流等等，通過以上幾種方法能夠使操作過電壓獲得有效地抑制。此外，由于滅弧室的潔凈度及真空度對觸頭過電壓的倍數(shù)影響較大，為此，可通過提高滅弧室的潔凈度和真空度來達(dá)到降低操作過電壓的目的。（2）諧振過電壓防治。1）由于消弧線圈調(diào)諧中配置了微機(jī)控制器，使其具備了自動控制功能，所以在調(diào)諧時不需要將消弧線圈退出運(yùn)行，這在一定程度上彌補(bǔ)了老式線圈的缺陷。為了預(yù)防35 kV供電系統(tǒng)中過電壓現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)對老式消弧線圈進(jìn)行改造，建議廣泛使用新型自動調(diào)諧消弧線圈。自動調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置可將變柜改造為變兼接地變柜，通過裝設(shè)電流互感器二組、開關(guān)二組、二次保護(hù)等裝置，使消弧線圈成為戶外布置。應(yīng)選用帶有載調(diào)匝調(diào)節(jié)方式，且調(diào)節(jié)檔位超過9個以上的消弧線圈，力求實(shí)現(xiàn)最小脫諧度。在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下采用過補(bǔ)償方式，確保消弧線圈接地回路可以將阻尼電阻串接起來，以達(dá)到限制中性點(diǎn)電壓的目的，確保脫諧度及中性點(diǎn)的位移電壓能夠控制在最佳范圍內(nèi)，即一般情況下脫諧度要小于5%，消弧線圈位移電壓控制在相電壓的15%以內(nèi)，故障點(diǎn)殘流小于5 A?？刹扇∽詣踊蚴謩拥姆绞?，對消弧線圈的分接頭進(jìn)行調(diào)整，確保其可以處于最佳的工作點(diǎn)運(yùn)行，控制殘流以達(dá)到可靠熄弧的目的，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙信、遙控、遙調(diào)、遙測的功能，提高變電站監(jiān)管的自動化水平。2）目前，對預(yù)防因電壓互感器鐵心飽和而導(dǎo)致鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象的方式多種多樣，雖然起到了一定的預(yù)防效果，但是卻沒有達(dá)到理想的預(yù)防成效。在部分供電系統(tǒng)中配置了消諧器，然而由于鐵磁諧振過電壓具有復(fù)雜性和非線性量的特征，所以致使輸電線路仍然會產(chǎn)生諧振過電壓。當(dāng)35 kV供電系統(tǒng)中擁有多臺TV時，僅僅將消諧器裝置在某一臺TV上是無法消除諧振過電壓現(xiàn)象的，必須在保證整個系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生較大變動的情況下，才能達(dá)到抑制諧振過電壓的目的。若中性點(diǎn)上沒有接入消弧線圈，在單項接地產(chǎn)生間歇性電弧的過程中，由于電容會出現(xiàn)多次充放電現(xiàn)象，易導(dǎo)致熔絲熔斷或TV燒毀的事故發(fā)生。接入消弧線圈之后，電容能夠?qū)崿F(xiàn)對小感抗放電，極大地減小TV中的電流，有效保護(hù)輸電線路的安全運(yùn)行。

2.2 防治外過電壓的有效措施

（1）架設(shè)避雷線。由于35 kV線路的絕緣效果不佳，所以一般不需要在全線架設(shè)避雷線。當(dāng)雷電直擊變電站附近的導(dǎo)線時，在導(dǎo)線產(chǎn)生的侵入波會傳入變電站，對變電站內(nèi)的供電設(shè)備造成威脅。因此，必須對靠近變電站一段的輸電線架設(shè)避雷線，一般進(jìn)線為1～2 m，以降低雷電繞擊和反擊的概率。為了提升避雷線的屏蔽效果，應(yīng)當(dāng)將避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的保護(hù)角調(diào)小一些，從而有利于減少繞擊率。（2）安裝自動重合閘。線路絕緣自身具備自恢復(fù)性能，通常情況下，遭受雷擊所產(chǎn)生的絕緣閃絡(luò)現(xiàn)象會在線路跳閘后自動消除，所以對35 kV供電系統(tǒng)安裝自動重合閘裝置有利于減少輸電線路的雷擊事故，進(jìn)而降低雷擊跳閘后造成的線路停電率。（3）中性點(diǎn)非有效接地方式。當(dāng)前，我國35 kV供電系統(tǒng)通常使用老式的消弧線圈接地和中性點(diǎn)不接地方式，有利于自動消除雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障，確保線路絕緣不產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象，從而防止建弧，提高抗雷擊性能。為了充分發(fā)揮該性能，應(yīng)當(dāng)確保輸電鐵塔和鋼筋混凝土可靠接地，使接地電阻不受任何因素的影響。（4）增強(qiáng)線路絕緣。對于個別跨越大區(qū)域的輸電線路而言，其落雷率會明顯增高，所以應(yīng)當(dāng)采取瓷橫擔(dān)等沖擊閃絡(luò)電壓較高的絕緣子或增加絕緣子的片數(shù)來達(dá)到遏制工頻電弧產(chǎn)生的目的，從而減少雷擊跳閘事故的發(fā)生。

3 結(jié)語

總而言之，供電系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜且規(guī)模龐大的系統(tǒng)，在其運(yùn)行過程中，各種內(nèi)在因素和外在因素都有可能對系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，特別是過電壓這種現(xiàn)象更是非常普遍。想要進(jìn)一步預(yù)防35 kV供電系統(tǒng)中過電壓的產(chǎn)生，就必須采取有針對性的措施來進(jìn)行防治，只有這樣，才能進(jìn)一步確保供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，從而減少故障的發(fā)生幾率，這有助于提高供電可靠性。

［1］雷楚堅.淺談電力系統(tǒng)串聯(lián)諧振過電壓的危害及抑制措施.科技資訊，2010（25）

［2］黎雪英.35 kV供電系統(tǒng)諧振過電壓的防治.銅業(yè)工程，2009（4）

［3］阮綿暉，李升，王彥文.低壓供電系統(tǒng)瞬態(tài)過電壓及其防治.華北電力技術(shù)，2002（7）