220 kV變電站運(yùn)行操作中的過壓防范問題研究

【摘要】隨著我國的經(jīng)濟(jì)不斷更快更好的發(fā)展，我們國家對(duì)于電網(wǎng)技術(shù)方面也呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢，220kv的變電站現(xiàn)在也已經(jīng)變成了城市供電系統(tǒng)的主流供電陣地，可是，在現(xiàn)實(shí)的操作之中，過電壓的現(xiàn)象又是經(jīng)常的發(fā)生，對(duì)于供電系統(tǒng)來講，就埋下了不定的安全隱患問題。對(duì)于220kv的變電站茌實(shí)際的運(yùn)行之中，操作過電壓以及和諧振過電壓都是頻率中遇到的兩種過電壓的現(xiàn)象，他們對(duì)于人體以及設(shè)備都會(huì)帶來十分大的危害。

【關(guān)鍵詞】變電站；運(yùn)行操作；過壓防范；問題

1、變電站的過電壓現(xiàn)象

所謂過電壓現(xiàn)象，主要是指在變電站的運(yùn)行系統(tǒng)中，電壓或電位差的突然升高破壞了設(shè)備的絕緣體性能，從而導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的情況。變電站運(yùn)行中較為常見的兩類過電壓現(xiàn)象是：操作過電壓現(xiàn)象和諧振過電壓現(xiàn)象，其中操作過電壓現(xiàn)象通常是由于操作不當(dāng)引起的設(shè)備回路自振過電壓現(xiàn)象或是由于非線性設(shè)備參數(shù)周期變化造成的非線性諧振過電壓現(xiàn)象，它主要產(chǎn)生在故障的過渡階段，持續(xù)時(shí)間比較短。而諧振過電壓則是持續(xù)時(shí)間較長的穩(wěn)態(tài)過電壓現(xiàn)象，部分情況下諧振過電壓會(huì)延續(xù)到下一操作步驟，直至出現(xiàn)能破壞諧振現(xiàn)象的內(nèi)外部條件，負(fù)載變化、線路分合閘和排除故障等是產(chǎn)生諧振過電壓現(xiàn)象較為常見的原因。

2、空載變壓器操作過電壓

2.1過電壓產(chǎn)生原理

空載變壓器是指變壓器的空載運(yùn)行現(xiàn)象，當(dāng)變壓器的二次繞組處于開路狀態(tài)，而以此繞組與電源相互連接時(shí)，就會(huì)形成變壓器空載運(yùn)行。在這個(gè)狀態(tài)下，繞組中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的空載電流，也稱花子勵(lì)磁電流。當(dāng)空載變壓器被切除后，由于空載電流相對(duì)較小，斷路器在切斷小電流的過程中，會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的游離作用，如果此時(shí)電流不為零，則極容易出現(xiàn)強(qiáng)制熄弧的現(xiàn)象，這種被成為截流的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致變壓器上產(chǎn)生操作過電壓。

2.2防范措施

在對(duì)空載變壓器操作過電壓進(jìn)行預(yù)防時(shí)，可以采取以下幾種措施：

（1）改善鐵芯：空載電流是由鐵損電流和磁化電流共同組成的，磁化電流會(huì)產(chǎn)生磁通，鐵芯損耗則引起鐵損電流，因此，對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行改善，可以有效降低空載電流。改善鐵芯的措施包括兩種，其一，改進(jìn)鐵芯結(jié)構(gòu)，其二，提升鐵芯質(zhì)量，使用冷軋晶粒代替硅鋼片，利用其較高的導(dǎo)磁系數(shù)，減少鐵損電流。在對(duì)變壓器進(jìn)行維護(hù)和大修時(shí)，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鐵芯進(jìn)行檢修。

（2）采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)：在截流現(xiàn)象發(fā)生的一瞬間，電感中的磁場會(huì)轉(zhuǎn)化為電能，對(duì)電容進(jìn)行充電。在這種情況下，如果可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)與電阻的并聯(lián)，就能夠?qū)﹄姼兄械拇艌瞿芰窟M(jìn)行釋放，從而避免過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。在系統(tǒng)中采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)，可以通過開關(guān)的閉合，短接其中的并聯(lián)電阻，然后在對(duì)開關(guān)進(jìn)行斷開，則電感中的存在的電勢就會(huì)對(duì)電阻形成電流，消耗電感中的磁場能量。

（3）采取糾結(jié)式繞組：在220kV變電站中，220kV線路采用的是芯式變壓器，如果結(jié)合糾結(jié)式繞組的方式，則可以有效提升變壓器寄生電容的容量。這里的糾結(jié)式繞組，是將繞組中的另外一個(gè)線匝直接插入到電氣設(shè)備上相鄰的線匝之間，從而帶動(dòng)繞組縱向電容的增加，使得實(shí)際相鄰的匝間電位差增大，在出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象時(shí)，起始電壓可以在各線匝之間均勻的分布。

3、母線系統(tǒng)諧振產(chǎn)生的過電壓及其抑制對(duì)策

3.1原理分析

鐵磁諧振的形成機(jī)理是：鐵磁電感例如變壓器或者電壓互感器，在分閘操作過程中或故障暫態(tài)過程中，由于鐵芯的飽和作用，使得諧振條件得以滿足而發(fā)生的。鐵磁電感是非線性的，鐵芯的飽和程度是影響其大小的主要因素，而暫態(tài)過程中TV三相繞組所承受的電壓幅值又決定了鐵芯的飽和程度，所以電壓高，鐵芯越飽和，電感就是減少。鐵磁諧振主要包括兩種情況，一是串聯(lián)鐵磁諧振，二是并聯(lián)鐵磁諧振。

220kV變電站由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、大電流接地系統(tǒng)以及小電流接地系統(tǒng)等等。在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，非線性電感越大，發(fā)生過電壓的可能性就越大，此時(shí)過電壓的主要表現(xiàn)為：電壓互感器的異響、電壓互感器開口三角形電壓有所升高以及母線電壓一相或者兩相出現(xiàn)升高的現(xiàn)象等等。對(duì)于這些情況要給予足夠的重視，否則過電壓就會(huì)使得系統(tǒng)的絕緣處被擊穿，或者母線電壓互感器由于電流過大造成損毀。

3.2相應(yīng)措施分析

經(jīng)過分析母線系統(tǒng)諧振產(chǎn)生過電壓的原因，可以采取倒閘操作對(duì)其進(jìn)行防范。進(jìn)行此項(xiàng)操作時(shí)，要注意操作步驟的順序。正確的順序?yàn)椋寒?dāng)母線停電時(shí)，先把母線TV隔離開關(guān)拉下來，再拉下母聯(lián)斷路器；送電時(shí)則執(zhí)行相反的操作順序。當(dāng)電源向母線升壓時(shí)，要先將斷路器合下再進(jìn)行升壓，當(dāng)升壓結(jié)束停電時(shí)，要先把電壓降至歸零，再拉下斷路器。如果母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘而造成一條母線停電，則要把母聯(lián)斷路器的隔離開關(guān)及時(shí)拉下，或者拉下母線TV的隔離開關(guān)。

除了操作步驟的正確性還要注意運(yùn)行方式。在進(jìn)行電力調(diào)度時(shí)要參考相關(guān)的調(diào)度規(guī)程，進(jìn)行母線倒閘操作時(shí)，值班人員要避免斷路器斷口電容和電磁式電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振。若鐵磁諧振的情況發(fā)生了，要盡量采取一切手段坡緩諧振的條件，此時(shí)可以對(duì)諧振回路電源進(jìn)行切斷，或改變一次接線的方式。除此之外，還可以在操作過程中增加電容，或者采取短接TV開口三角形繞組或者裝設(shè)消諧裝置等等。

在進(jìn)行倒母線操作過程中，斷開母聯(lián)開關(guān)后要馬上對(duì)停運(yùn)母線電壓進(jìn)行檢查，查看其是否為零，如果母線電壓高于感應(yīng)電壓，則要將斷開的母聯(lián)開關(guān)馬上合上；如果在母線停運(yùn)了很長時(shí)間后才發(fā)現(xiàn)母線諧振，要及時(shí)停運(yùn)母線，并帶上一個(gè)不帶電源的元器件以便可以消除諧振。

結(jié)語：

社會(huì)的進(jìn)步對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)提出了越來越高的要求，為了更好地為城區(qū)提供用電服務(wù)，需要不斷提高變電站性能，改進(jìn)繼電保護(hù)裝置。有效防范和控制220kV變電站運(yùn)行操作中的過電壓現(xiàn)象，及時(shí)檢修相關(guān)設(shè)備，保證變電站的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于人們生產(chǎn)生活具有十分重要的作用。