供配电系统中过电压保护

刘井军

山东兖矿轻合金有限公司，山东济宁 273515

1 过电压与电力设备绝缘水平

为保证电力的正常连续运行，电气设备的绝缘抗电强度应与电网可能出现的过电压相匹配，从而适应电网的运行条件。电气设备绝缘可分为自恢复绝缘和非自恢复绝缘两大类。其中自恢复绝缘是指在受到施加击穿电压后引起击穿，施加电压中断后即可完全恢复的其绝缘性能的绝缘。高压设备的外绝缘以及由某些气体、液体构成的内绝缘均属于自恢复绝缘。非自恢复绝缘是指受到施加击穿电压后引起击穿，施加电压中断后丧失或部分丧失其绝缘性能的绝缘。通常是由固体介质、部分液体介质构成的设备绝缘，大多数内绝缘属于非自恢复绝缘。在电力系统中，表明设备绝缘情况的试验电压值主要有：1）短时工频耐受电压值；2）雷电冲击耐受电压值；3）操作冲击耐受电压值；4）长时间工频试验电压值。上述电力设备的耐受电压，其绝缘水平应符合GB311.1-83标准规定的设备基准绝缘水平。当电力网可能出现超过其绝缘水平所能承受的过电压时，必须设置相应保护措施，以限制过电压。

2 过电压的分类

2.1 外部过电压

1）直击雷过电压。雷云直接对电力设备或电力线路放电引起电电网短时电压升高；2）感应雷过电压。电力线路附近发生雷电袭击，从而在设备和线路上产生静电感应产生的瞬时过电压；3）流动波过电压。电力线路受到雷电直击或雷电感应，电磁波以光速向电变压器和电力设备传递，从而在变压器和电力设备上产生过电压。

2.2 内部过电压

在电力负荷投入和切除的过程中，电力系统参数随之发生变化，导致电磁能量的转化从而造成电压升高，称过内部过电压。内部过电压一般分为：1）工频过电压：电力系统发生故障或负荷突然发生急剧变化等原因，引起短时超过正常工作电压的工频电压升高；2）操作过电压：因电力操作导致电网参数发生变化而产生电压升高。电力系统中常见的操作过电压主要有：开断空载线路产生过电压、空载线路的合闸过电压、开断电容器组引起的过电压、开断空载变压器过电压、开断高压电动机过电力、振荡解列过电压等；3）谐振过电压：电力网中设备复杂，其用电设备都有电感、电容，从而组成了极为复杂的振荡电路，正常运行时，不会发生谐振，但受到激励后，其局部网络就会产生谐振现象，一个或几个谐波的幅值急剧升高，从而造成电网某部分过电压。

3 过电压的抑制措施

针对供配电过程中，过电压产生的原因，必须采取适当的过电压抑制措施，才能保证用电过程中人员和设备安全。

3.1 应用避雷针（器）

避雷针能有效地将雷电流引向自身并安全入地，是保护直击雷的有效措施。对变压器等设备一般采用避雷针保护，其保护范围取决于避雷器高度；针对重要的用电设备，可以采用防雷器进行防雷保护。为了保证防雷效果，防雷针（器）的接地电阻必需要符合技术要求，并依据用电规程，定期对接地电阻进行测量和检查。同时，设备与接地极之间的距离也需满足安全用电的相关规定。其中金属氧化物避雷器，又称压敏避雷器。它在结构上没有火花间隙，由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的压敏电阻片（阀片）组成。这种避雷器的阀片具有优异的非线性伏安特性，在工频电压下，阀片具有极大的电阻，呈绝缘状态，能迅速有效的阻断工频续流，因此无需火花间隙来熄灭工频电压引起的电弧；当电压超过一定值（称为起动电压）时，阀片“导通”，呈低阻状态，将大电流泄入地中；当危险过电压消失以后，阀片迅速恢复高阻绝缘状态。因金属氧化物避雷器具有无间隙、无续流、通流量大、残压低、体积小、重量轻等优点，因此得到了较为广泛的应用。

3.2 加强绝缘

在针对雷电波作用的特性，通过加强供电线路首端及末端部分的绝缘，从而使用电设备和变电设备得以承受起始电压不均出现的较高匝间电压。这种方法的过电压抑制效果有限，当加厚绝缘层时，容易产生散热困难，匝间电容减小，从而造成匝间电压梯度增大。一般只在35kV及以下的变压器中采用。

3.3 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。

3.4 限制谐振过电压主要措施

1）中性点非直接接地电网，为防止产生铁磁谐振过电压，要注意防止以下运行方式：（1）变压器间带有电磁式电压互感器的空母线或空载短路供电；（2）送电线路一相断线后一端接地、断路器的非同期动作、熔断器的非全相熔断等；

2）中性点直接接地的电网，应尽量避免出现中性点不接地；

3）应采取措施防止变压器和用电设备因电感参数周期变化引起过电压，可用快速励磁自动调节器限制因为电机电感参数的周期性变化而产生的同步自励过电压。

3.5 采用灭弧能力强的快速高压断路器

在断路器主触头上并联电阻该并联电阻约3 000Ω，在并联电阻上串联一个辅助触头，以减少电弧重燃的次数，控制操作过电压的倍数。

4 结论

造成供配电系统和用电设备产生过电压的原因，多种多样。在实际工作中，对过电压情况进行全面的分析，针对不同的过电压情况，采取相应经济、高效的抑制和保护措施，才能保证用电过程中，用电设备的安全运行和人身安全保障。

[1]王丽主编.供配电技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2009.