變壓器操作過電壓研究及防范措施

摘要：變壓器在運行時，電壓超過它的最大承受工作電壓，稱為變壓器過電壓。變壓器過電壓往往會使變壓器的絕緣造成很大的危害，甚至使絕緣擊穿，導致變壓器故障并退出運行。過電壓又分為大氣過電壓和操作過電壓。大氣過電壓是指由直擊雷或雷電感應突然加到電力系統(tǒng)中，使電氣設備所承受的電壓遠遠超過其額定值；而操作過電壓是指由線路投切、故障或其它原因在系統(tǒng)中引起的相對地或相間瞬態(tài)過電壓。

關鍵詞：變壓器；操作過電壓；防范措施

一、操作過電壓特點和產生的原因

操作過電壓一般為額定電壓的3-4.5倍，繞組中電壓分布不均勻，進線端部分線匝受以的電壓很高。

由于操作（如斷路器的合閘和分閘）、故障或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)突然變化，系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)，在此過渡過程中系統(tǒng)本身的電磁能振蕩而產生的過電壓稱為操作過電壓。操作過電壓超過變壓器的最大承受工作電壓時往往會使變壓器的絕緣造成很大的危害，甚至使絕緣擊穿。

二、變壓器操作過電壓常用的防護措施

大部分變壓器操作過電壓是由操作過電壓引起。目前，使用真空斷路器作為投退變壓器的特別多。

1、真空斷路器操作過電壓分析

隨著社會經濟的發(fā)燕尾服，現(xiàn)在高壓設備大部分中壓（35kV）開關均使用真空斷路器。真空斷路器由于體積小、熄孤能力強、分斷電流大、無電弧外噴，維修周期較長等諸多優(yōu)點，而廣泛使用于配電斷路器、大負荷啟動開關。在實際中，真空斷路器在較為頻繁的分斷瞬間，由于間隙小，過強的滅弧能力和其滅弧特性容易造成操作過電壓，這種過電壓往往能達到電源電壓的幾倍，甚至幾十倍，對電網中及本身負載的運行造成一定的影響，甚至會擊穿電氣設備的絕緣層，引起很大的電氣事故。

2、防護措施

操作過電壓的出現(xiàn)給電力設備造成極大危害，防止過電壓的產生或降低過電壓的幅值是十分重要且必要的。目前，大部分采用氧化鋅避雷器進行防止操作過電壓（壓敏電阻）。氧化鋅避雷器是由很多氧化鋅電阻片組成的，優(yōu)點是具有非常優(yōu)良的非線性伏安特性，續(xù)流小，體積小，安裝方便等優(yōu)點。目前我國大多數(shù)真空開關柜配備的過電壓防護裝置就是氧化鋅避雷器。缺點：存在熱老化、殘壓過高現(xiàn)象，容易使避雷器過高的殘壓與被保護設備的絕緣水平配合不當。因此避雷器保護高壓設備對地絕緣比較勉強，對相間絕緣相對較弱的旋轉電機來說不能有效配合，起不到保護作用。避雷器存在的另一問題是持續(xù)運行電壓值偏低，僅為相電壓。在中性點不接地或經消弧線圈接地電網中，當發(fā)生單相接地故障，健全相電壓升至線電壓，并允許運行2h。這種情況將使避雷器嚴重過熱而損壞。大量的事故迫使生產廠商提高其額定電壓和允許持續(xù)運行電壓，結果增加了閥片數(shù)量和殘壓。

改進措施：采用R--C阻容吸收裝置作為防止操作過電壓措施。把電容與電阻并聯(lián)接在負載進線端后，當真空斷路器投合、切斷負荷時，形成R-L-C振蕩回路。使存儲在負載電感中的能量以一個較低頻率作衰減振蕩，安全地把操作過電壓限制在2倍以下，（不加R-C吸收裝置的過電壓通?？蛇_5-6倍）并逐步釋放掉。接入R--C阻容吸收裝置，不僅使操作過電壓幅值降低，而且也使過電壓頻率降低，限制了過電壓的上升陡度。同時對抑制重燃過電壓也起作用。另外阻容吸收裝置不受系統(tǒng)中性點接地方式的限制。

三、地鐵主變電所35kV系統(tǒng)采用氧化鋅避雷器防護措施以及改進方案

軌道交通外部電源高壓供電主要分為集中供電、分散供電和混合供電三種供電方式，針對我國目前地鐵供電系統(tǒng)所采用的外部電源供電方式，從供電質量、供電可靠性、運營管理以及工程投資等方面進行了分析和比較，集中供電方式優(yōu)于分散供電方式。因此，目前國內地鐵外部電源主要采取集中供電的方式。

1、地鐵主變電所35kV系統(tǒng)操作過電壓情況

目前，地鐵主所35kV系統(tǒng)均采用氧化鋅避雷器作為防止操作過電壓的防護措施，因此均存在熱老化、殘壓過高現(xiàn)象，容易使避雷器過高的殘壓與被保護設備特別是電機的絕緣水平配合不當?shù)热毕荩ㄒ陨钲诘罔F白石洲和西鄉(xiāng)主所為例：35KV避雷器是MC-35型，殘壓為121KV。2012年9月，西鄉(xiāng)主所1#接地變壓器在送電時，由于操作過電壓曾導致接地變高壓側電纜與變壓器接線處對金屬固定件放電，最后造成相間短路，接地變壓器嚴重燒傷，必需更換）。

2、防范措施和實施方案

在接地變壓器35kV側加裝R--C阻容吸收裝置。把電容與電阻串并接在負載進線端后，當真空斷路器投合、切斷負荷時，形成R-L-C振蕩回路，使存儲在負載電感中的能量以一個較低頻率作衰減振蕩，安全地把操作過電壓限制在2倍以下，（不加R-C吸收裝置的過電壓通?？蛇_5-6倍）并逐步釋放掉。接入R--C阻容吸收裝置，不僅使操作過電壓幅值降低，而且也使過電壓頻率降低，限制了過電壓的上升陡度。同時對抑制重燃過電壓也起作用。另外阻容吸收裝置不受系統(tǒng)中性點接地方式的限制。

在接地變壓器高壓側（35KV電纜接線柱處）安裝一組阻容吸收裝置，阻容吸收裝置安裝在地面，N相接入變電所接地系統(tǒng)。

四、結束語

造成變壓器的過電壓原因很多，針對不同的過電壓，有不同的過電壓防護措施。特別是要根據具體設備而選擇不同的保護措施。在實際工作，我們更應該從經濟、技術、可行性和操作性全面研究和分析，選擇有效的過電壓保護措施，確保變壓器的安全可靠運行。

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把其放在位置較高的桿塔。

2.2 導線懸掛點應力的檢查。導線懸掛點應力大小，桿塔定位后的校驗的環(huán)節(jié)之一，如果桿塔處在較高位置，當其懸掛點過高或兩側檔距較大時，導線懸掛點的應力就會起所能承受的荷載大，在檢查過程中，這種現(xiàn)象時有發(fā)生，如果出現(xiàn)后果非常嚴重，所以，一旦發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，必須及時處理。

2.3 桿塔基礎的檢查。桿塔定位后，還有兩種情況需要及時校驗：a.在沒有卡盤的地方必須添加卡盤，但添加卡盤后這種現(xiàn)象還依舊存在，則可通過加拉線使桿塔保持穩(wěn)定。b.如果桿塔的垂直檔的檔距較小，二水平檔距較大時，應對桿塔的荷載能力有一定掌握，此時應對桿塔進行基礎性檢查，一旦發(fā)現(xiàn)不合格現(xiàn)象，應及時處理。

2.4 懸垂角的檢查。及時糾正懸垂角是否合適也是校驗的一項。當高處的桿塔垂直檔距較大時，導線避雷線的懸垂角就會比線夾所在位置的懸垂角大，當角度過大或出現(xiàn)較大偏離時，就會導致埋下隱患，此時，應根據設計標準把懸垂角糾正。

結束語

總而言之，為了不斷完善我國電力系統(tǒng)建設，廣大電力工作者應不斷探索、堅持創(chuàng)新，緊密聯(lián)系實際，充分且合理地利用一切可利用的資源，積極優(yōu)化電力線路設計方案，為廣大群眾提供安全、高質的電力保障，促進我國電力行業(yè)的健康、穩(wěn)定和長遠發(fā)展。

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