矿井供电过电压危害及其防治技术

李才生

摘 要：电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高叫作过电压，过电压属于其中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。

关键词：矿井；过电压；危害；防治

中图分类号：TD611；TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0019-02

1 矿井供电过电压类型

1.1 雷击过电压

通常情况下，供电网络供给用户端的电压值正常波动为额定电压的±5%，但雷击产生的过电压远远超过了额定电压，雷击引起的暂态高电压或过电压常常会通过网络线路耦合或转移到网络设备上，对设备造成损坏。对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变压站到达变压器中性点以及系统单相接地、非全相运行，特别是伴随产生变压器励磁电感和线路对地电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对分级绝缘变压器中性点构成威胁，甚至使绝缘损坏，因此，对供用电设备造成极大的危害。

1.2 操作过电压

在矿井日常生产中，配备了许多大功率电动机，而电机的投、切大多数采用真空断路器或真空接触器，其频繁投、切也容易产生过电压。操作过电压分为以下三种。

1.2.1 截流过电压

由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电，转变为电场能量。对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗和发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。

1.2.2 多次重燃过电压

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象。多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。

1.2.3 三相开断过电压

三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零，致使未开断相随之被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，所产生的过电压加在相与相之间的绝缘上。在开断中，小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压。对母线支撑件、套管以及所连接的二次设备影响。

1.3 暂时过电压

暂时过电压分为工频过电压和谐振过电压两种，其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大，一旦发生过电压，往往会造成电气设备损坏和大面积的停电事故。实际工作表明，中、低压电网中过电压事故大多数是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，在选择保护措施方面比较困难。为了尽可能防止发生谐振过电压，在设计和操作电网时，应事先进行必要的估算和安排，避免形成严重的串联谐振回路；也可以采取适当的防谐振措施。谐振过电压轻则使TV的熔断器熔断、匝间短路或爆炸，重则发生避雷器爆炸、母线短路、厂矿用电失电等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。

2 过电压危害

过电压对矿井的安全生产构成了极大的威胁，轻则损坏设备（例如烧坏电机、变压器和高压电抗器等）、击穿高压电缆等，重则构成人身伤亡事故（比如提升时断绳跑车等事故）。

3 过电压防治技术

3.1 雷击过电压防治技术

雷击过电压防治主要依靠电网的抗雷击能力，与电网上有电气联结的各电气设备之间的整体绝缘配合水平，防雷和避雷设施配置和性能，输配电线路杆塔、全站接地网的接地电阻值的大小都有着十分密切的关系。

装设避雷针可以保护整个发、变电站室外安装的电气设备和建筑物或构筑物，使之免遭直接雷击的侵害；主变高压侧装设避雷器可用来保护主变压器，避免雷击高电压沿高压线路侵入变电站，损坏变电站这一主要电气设备；在多雷区配变低压侧装设避雷器，可以防止雷电波由配变低压侧侵入而击穿变压器的绝缘。

3.2 真空断路器操作过电压防治技术

根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断小电流时容易产生过电压，危害电机绝缘和回路电器设备，因此，必须采取措施限制操作过电压，以保护电气设备能安全可靠的运行，同时扩大真空断路器的应用范围。目前，国内采取的措施主要有装设金属氧化物避雷器（MOA）、三叉戟过电压保护器（TBP）和组合式过电压保护器（JPB）等，以上三种设备都采用氧化锌阀片作为主要元件。

根据绝缘配合规程的要求，耐受电压水平最小应超出保护水平的15%，同时由于在10 kV及以下系统中不接地或经过消弧线圈接地，且当发生单相接地时，健全相电压升至线电压，并允许运行2 h，这种情况下会使避雷器严重过热而损坏。从电机试验电压计算值和表中所列的保护水平看，MOA避雷器保护电机的水平最差；TBP和JPB虽好于MOA，但裕度太小，保护性能仍不理想，因此，当真空断路器产生操作过电压时，不能很好地保护电机。

目前，有些厂家研制并生产了旨在限制真空断路器操作过电压危和电机绝缘的新产品——RC阻容吸收器，它可使绝大多数电路的操作过电压降至电源电压峰值的2.5倍以下。主要有三种形式的RC保护器，即中性点直接接地的普通型RC保护器、中性点不接地型RC保护器和双路RC过电压保护器。普通型RC保护器存在着当单相短路时，电容电流过大导致馈电回路全部跳闸，特别对于有高频分量的场所，使RC保护器电阻烧损的问题；不接地RC保护器虽然解决了因电容电流过大而跳闸和烧电阻的问题，但对于相对地之间的高频振荡没有消除，使事故发生率略高；双路RC过电压保护器既解决了对地电路中的高频振荡，又解决了对地电流过大和RC装置电阻烧损的问题。

3.3 谐振过电压防治技术

对于现有的6/10 kV不接地系统来说，主要是投入消弧线圈和改变运行参数，一般投入消弧线圈都能消除谐振。对于发生基波和高频谐振，只要消谐器可靠动作，也能消除谐振；但对于分频谐振具有零序性质，一般消谐器无法消除谐振，投切三相对称负荷不起作用。对于未装设消弧线圈，应根据实际情况，可按以下方法处理。

3.3.1 基波或高频谐振的处理

对基波或高频谐振主要做以下几点处理：①当运行电容器时，切除运行电容器；在没有运行电容器时，则投入一组电容器。②当以上措施无法消谐时，切除该母线所有电容器，向调度申请切除部分馈线，最好是先切长线路。

3.3.2 分频谐振的处理

对分频谐振的处理主要有以下几点：①切除该母线所有电容器；②谐振仍无法消除时，向调度申请切除该母线上的线路，直至谐振消除；③如果所有线路全部切除后仍无法消谐，向调度申请将母线停电；④恢复母线和线路送电。

4 结束语

只有我们做好供电系统过电压的防治工作，才能提高供电可靠性，从而有效地预防和减少事故，给企业带来更大的效益。

〔编辑：李珏〕

摘 要：电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高叫作过电压，过电压属于其中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。

关键词：矿井；过电压；危害；防治

中图分类号：TD611；TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0019-02

1 矿井供电过电压类型

1.1 雷击过电压

通常情况下，供电网络供给用户端的电压值正常波动为额定电压的±5%，但雷击产生的过电压远远超过了额定电压，雷击引起的暂态高电压或过电压常常会通过网络线路耦合或转移到网络设备上，对设备造成损坏。对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变压站到达变压器中性点以及系统单相接地、非全相运行，特别是伴随产生变压器励磁电感和线路对地电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对分级绝缘变压器中性点构成威胁，甚至使绝缘损坏，因此，对供用电设备造成极大的危害。

1.2 操作过电压

在矿井日常生产中，配备了许多大功率电动机，而电机的投、切大多数采用真空断路器或真空接触器，其频繁投、切也容易产生过电压。操作过电压分为以下三种。

1.2.1 截流过电压

由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电，转变为电场能量。对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗和发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。

1.2.2 多次重燃过电压

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象。多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。

1.2.3 三相开断过电压

三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零，致使未开断相随之被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，所产生的过电压加在相与相之间的绝缘上。在开断中，小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压。对母线支撑件、套管以及所连接的二次设备影响。

1.3 暂时过电压

暂时过电压分为工频过电压和谐振过电压两种，其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大，一旦发生过电压，往往会造成电气设备损坏和大面积的停电事故。实际工作表明，中、低压电网中过电压事故大多数是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，在选择保护措施方面比较困难。为了尽可能防止发生谐振过电压，在设计和操作电网时，应事先进行必要的估算和安排，避免形成严重的串联谐振回路；也可以采取适当的防谐振措施。谐振过电压轻则使TV的熔断器熔断、匝间短路或爆炸，重则发生避雷器爆炸、母线短路、厂矿用电失电等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。

2 过电压危害

过电压对矿井的安全生产构成了极大的威胁，轻则损坏设备（例如烧坏电机、变压器和高压电抗器等）、击穿高压电缆等，重则构成人身伤亡事故（比如提升时断绳跑车等事故）。

3 过电压防治技术

3.1 雷击过电压防治技术

雷击过电压防治主要依靠电网的抗雷击能力，与电网上有电气联结的各电气设备之间的整体绝缘配合水平，防雷和避雷设施配置和性能，输配电线路杆塔、全站接地网的接地电阻值的大小都有着十分密切的关系。

装设避雷针可以保护整个发、变电站室外安装的电气设备和建筑物或构筑物，使之免遭直接雷击的侵害；主变高压侧装设避雷器可用来保护主变压器，避免雷击高电压沿高压线路侵入变电站，损坏变电站这一主要电气设备；在多雷区配变低压侧装设避雷器，可以防止雷电波由配变低压侧侵入而击穿变压器的绝缘。

3.2 真空断路器操作过电压防治技术

根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断小电流时容易产生过电压，危害电机绝缘和回路电器设备，因此，必须采取措施限制操作过电压，以保护电气设备能安全可靠的运行，同时扩大真空断路器的应用范围。目前，国内采取的措施主要有装设金属氧化物避雷器（MOA）、三叉戟过电压保护器（TBP）和组合式过电压保护器（JPB）等，以上三种设备都采用氧化锌阀片作为主要元件。

根据绝缘配合规程的要求，耐受电压水平最小应超出保护水平的15%，同时由于在10 kV及以下系统中不接地或经过消弧线圈接地，且当发生单相接地时，健全相电压升至线电压，并允许运行2 h，这种情况下会使避雷器严重过热而损坏。从电机试验电压计算值和表中所列的保护水平看，MOA避雷器保护电机的水平最差；TBP和JPB虽好于MOA，但裕度太小，保护性能仍不理想，因此，当真空断路器产生操作过电压时，不能很好地保护电机。

目前，有些厂家研制并生产了旨在限制真空断路器操作过电压危和电机绝缘的新产品——RC阻容吸收器，它可使绝大多数电路的操作过电压降至电源电压峰值的2.5倍以下。主要有三种形式的RC保护器，即中性点直接接地的普通型RC保护器、中性点不接地型RC保护器和双路RC过电压保护器。普通型RC保护器存在着当单相短路时，电容电流过大导致馈电回路全部跳闸，特别对于有高频分量的场所，使RC保护器电阻烧损的问题；不接地RC保护器虽然解决了因电容电流过大而跳闸和烧电阻的问题，但对于相对地之间的高频振荡没有消除，使事故发生率略高；双路RC过电压保护器既解决了对地电路中的高频振荡，又解决了对地电流过大和RC装置电阻烧损的问题。

3.3 谐振过电压防治技术

对于现有的6/10 kV不接地系统来说，主要是投入消弧线圈和改变运行参数，一般投入消弧线圈都能消除谐振。对于发生基波和高频谐振，只要消谐器可靠动作，也能消除谐振；但对于分频谐振具有零序性质，一般消谐器无法消除谐振，投切三相对称负荷不起作用。对于未装设消弧线圈，应根据实际情况，可按以下方法处理。

3.3.1 基波或高频谐振的处理

对基波或高频谐振主要做以下几点处理：①当运行电容器时，切除运行电容器；在没有运行电容器时，则投入一组电容器。②当以上措施无法消谐时，切除该母线所有电容器，向调度申请切除部分馈线，最好是先切长线路。

3.3.2 分频谐振的处理

对分频谐振的处理主要有以下几点：①切除该母线所有电容器；②谐振仍无法消除时，向调度申请切除该母线上的线路，直至谐振消除；③如果所有线路全部切除后仍无法消谐，向调度申请将母线停电；④恢复母线和线路送电。

4 结束语

只有我们做好供电系统过电压的防治工作，才能提高供电可靠性，从而有效地预防和减少事故，给企业带来更大的效益。

〔编辑：李珏〕

摘 要：电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高叫作过电压，过电压属于其中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。

关键词：矿井；过电压；危害；防治

中图分类号：TD611；TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0019-02

1 矿井供电过电压类型

1.1 雷击过电压

通常情况下，供电网络供给用户端的电压值正常波动为额定电压的±5%，但雷击产生的过电压远远超过了额定电压，雷击引起的暂态高电压或过电压常常会通过网络线路耦合或转移到网络设备上，对设备造成损坏。对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变压站到达变压器中性点以及系统单相接地、非全相运行，特别是伴随产生变压器励磁电感和线路对地电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对分级绝缘变压器中性点构成威胁，甚至使绝缘损坏，因此，对供用电设备造成极大的危害。

1.2 操作过电压

在矿井日常生产中，配备了许多大功率电动机，而电机的投、切大多数采用真空断路器或真空接触器，其频繁投、切也容易产生过电压。操作过电压分为以下三种。

1.2.1 截流过电压

由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电，转变为电场能量。对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗和发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。

1.2.2 多次重燃过电压

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象。多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。

1.2.3 三相开断过电压

三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零，致使未开断相随之被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，所产生的过电压加在相与相之间的绝缘上。在开断中，小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压。对母线支撑件、套管以及所连接的二次设备影响。

1.3 暂时过电压

暂时过电压分为工频过电压和谐振过电压两种，其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大，一旦发生过电压，往往会造成电气设备损坏和大面积的停电事故。实际工作表明，中、低压电网中过电压事故大多数是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，在选择保护措施方面比较困难。为了尽可能防止发生谐振过电压，在设计和操作电网时，应事先进行必要的估算和安排，避免形成严重的串联谐振回路；也可以采取适当的防谐振措施。谐振过电压轻则使TV的熔断器熔断、匝间短路或爆炸，重则发生避雷器爆炸、母线短路、厂矿用电失电等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。

2 过电压危害

过电压对矿井的安全生产构成了极大的威胁，轻则损坏设备（例如烧坏电机、变压器和高压电抗器等）、击穿高压电缆等，重则构成人身伤亡事故（比如提升时断绳跑车等事故）。

3 过电压防治技术

3.1 雷击过电压防治技术

雷击过电压防治主要依靠电网的抗雷击能力，与电网上有电气联结的各电气设备之间的整体绝缘配合水平，防雷和避雷设施配置和性能，输配电线路杆塔、全站接地网的接地电阻值的大小都有着十分密切的关系。

装设避雷针可以保护整个发、变电站室外安装的电气设备和建筑物或构筑物，使之免遭直接雷击的侵害；主变高压侧装设避雷器可用来保护主变压器，避免雷击高电压沿高压线路侵入变电站，损坏变电站这一主要电气设备；在多雷区配变低压侧装设避雷器，可以防止雷电波由配变低压侧侵入而击穿变压器的绝缘。

3.2 真空断路器操作过电压防治技术

根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断小电流时容易产生过电压，危害电机绝缘和回路电器设备，因此，必须采取措施限制操作过电压，以保护电气设备能安全可靠的运行，同时扩大真空断路器的应用范围。目前，国内采取的措施主要有装设金属氧化物避雷器（MOA）、三叉戟过电压保护器（TBP）和组合式过电压保护器（JPB）等，以上三种设备都采用氧化锌阀片作为主要元件。

根据绝缘配合规程的要求，耐受电压水平最小应超出保护水平的15%，同时由于在10 kV及以下系统中不接地或经过消弧线圈接地，且当发生单相接地时，健全相电压升至线电压，并允许运行2 h，这种情况下会使避雷器严重过热而损坏。从电机试验电压计算值和表中所列的保护水平看，MOA避雷器保护电机的水平最差；TBP和JPB虽好于MOA，但裕度太小，保护性能仍不理想，因此，当真空断路器产生操作过电压时，不能很好地保护电机。

目前，有些厂家研制并生产了旨在限制真空断路器操作过电压危和电机绝缘的新产品——RC阻容吸收器，它可使绝大多数电路的操作过电压降至电源电压峰值的2.5倍以下。主要有三种形式的RC保护器，即中性点直接接地的普通型RC保护器、中性点不接地型RC保护器和双路RC过电压保护器。普通型RC保护器存在着当单相短路时，电容电流过大导致馈电回路全部跳闸，特别对于有高频分量的场所，使RC保护器电阻烧损的问题；不接地RC保护器虽然解决了因电容电流过大而跳闸和烧电阻的问题，但对于相对地之间的高频振荡没有消除，使事故发生率略高；双路RC过电压保护器既解决了对地电路中的高频振荡，又解决了对地电流过大和RC装置电阻烧损的问题。

3.3 谐振过电压防治技术

对于现有的6/10 kV不接地系统来说，主要是投入消弧线圈和改变运行参数，一般投入消弧线圈都能消除谐振。对于发生基波和高频谐振，只要消谐器可靠动作，也能消除谐振；但对于分频谐振具有零序性质，一般消谐器无法消除谐振，投切三相对称负荷不起作用。对于未装设消弧线圈，应根据实际情况，可按以下方法处理。

3.3.1 基波或高频谐振的处理

对基波或高频谐振主要做以下几点处理：①当运行电容器时，切除运行电容器；在没有运行电容器时，则投入一组电容器。②当以上措施无法消谐时，切除该母线所有电容器，向调度申请切除部分馈线，最好是先切长线路。

3.3.2 分频谐振的处理

对分频谐振的处理主要有以下几点：①切除该母线所有电容器；②谐振仍无法消除时，向调度申请切除该母线上的线路，直至谐振消除；③如果所有线路全部切除后仍无法消谐，向调度申请将母线停电；④恢复母线和线路送电。

4 结束语

只有我们做好供电系统过电压的防治工作，才能提高供电可靠性，从而有效地预防和减少事故，给企业带来更大的效益。

〔编辑：李珏〕