220kV变电站运行操作中的过电压防范与控制探究

黄剑桥　王支军

摘要：随着电力行业的繁荣，电网技术得到了新的突破，220kV变电站逐步成为城市供电系统中的关键要素。在220kV变电站的日常运作过程中，操作过电压或谐振过电压不仅对操作员的人身安全构成极大的威胁，还会造成设备的非正常中停，影响设备的使用寿命。针对这类情况，需要减少空载电流或加大变压器电容的方法来减少出现过电压情况。基于此，文章说明了220kV变电站的过电压现象，提出了科学有效的防范控制措施，为电力的安全生产提供了借鉴。

关键词：220kV变电站；运行操作；过电压；防范控制措施；电力行业 文献标识码：A

中图分类号：TM864 文章编号：1009-2374（2015）05-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0402

我国电力技术的不断发展为完善电网建设提供了技术保障，变电站主要有四个等级的电压：220kV、l10kV、35kV和10kV。在目前的供电系统中，220kV变电站已经被广泛应用到城区电力供应网络中，成为城市供电的重要保障要素。在220kV变电站的使用过程中，电压升高或电位差加大导致电压不稳的情况时有发生，出现220kV变电站的过电压现象。一般来说，比较常见的过电压现象有操作过电压或谐振过电压两类，变电站的过电压现象不仅严重威胁到了操作员的生命安全，还会大大缩短设备的使用寿命，造成设备非正常停止运行现象。因此，对220kV变电站操作过程中的过电压现象进行必要的防范与控制显得十分迫切，它是保证变电站持续、安全的措施。

1 变电站的过电压现象

所谓过电压现象，主要是指在变电站的运行系统中，电压或电位差的突然升高破坏了设备的绝缘体性能，从而导致电压不稳定的情况。变电站运行中较为常见的两类过电压现象是：操作过电压现象和谐振过电压现象，其中操作过电压现象通常是由于操作不当引起的设备回路自振过电压现象或是由于非线性设备参数周期变化造成的非线性谐振过电压现象，它主要产生在故障的过渡阶段，持续时间比较短。而谐振过电压则是持续时间较长的稳态过电压现象，部分情况下谐振过电压会延续到下一操作步骤，直至出现能破坏谐振现象的内外部条件，负载变化、线路分合闸和排除故障等是产生谐振过电压现象较为常见的原因。

2 220kV变电站运行中存在的过电压问题

2.1 投切空载变压器过电压

投切空载变压器是变压器在运转过程中一次绕组接通电源，但二次绕组处于开路状态的情况。这种情况下产生的电流被称为空载电流或花子励磁电流。若空载变压器一旦被切除，受变小的空载电流影响，在断路器阻隔电流的过程中，设备开关会出现较大的游离引力。在这样的情况下，需要将电流调整为零，若电流大于零则很容易使设备强制熄弧，这种现象也被称为截流，截流现象是产生投切空载变压器过电压的主要原因。

2.2 母线谐振过电压

变压器和互感器间产生的铁磁电感现象被称为铁磁谐振，当进行分合闸操作时会使设备处于短暂的暂停状态，进而使铁芯发生改变，当铁芯达到饱和就会出现谐振现象。铁芯的饱和程度决定了铁磁电感的强度，而电压值又决定了铁芯的饱和程度，也就是说三相绕组产生的电压值改变越大，铁芯就越接近饱和状态。母线的铁磁谐振分为串联和并联两类，串联铁磁谐振一般发生在大电流接地系统，而并联铁磁谐振则多见于小电流接地系统。220kV变电站可能同时存在串联和并联铁磁谐振。出现过电压现象时，互感器声音会发生异常，设备会出现电压升高的情况，严重时系统的绝缘处会烧坏，从而使母线电压互感器无法正常运行。

3 过电压控制措施

3.1 投切空载变压器过电压的控制措施

第一，减弱空载电流。空载电流的主要构成要素是铁损和磁化电流，对空载电流的改变可以通过对铁心结构与质量的控制来实现。改变变压器中的铁心结构或选用质量好的铁心可以减弱空载电流，比如将铁心中的硅钢片换成冷轧晶粒可以减小空载电流。在实际操作中，还要注重对变压器的日常检查与维护。

第二，加大变压器电容。通常220kV多为内置芯片的变压器，可以利用纠结式绕组的方法来加大变压器电容。通过变压器线匝与纠结式绕组另一线匝的连接可以增强电容线粗，而线匝的电位差也会发生相应的变化。一旦出现过电压，所有线匝将会被重新分配。

第三，采用并联电阻开关。当截流现象产生，磁场会转化为电能从而引起电容器中电容变大。使用并联电阻开关，可以有效地释放掉磁场能量。在实际运转中，在截流产生之前要闭合开关，阻断与开关并联的电阻，截流之后要断开开关，在电阻的作用下，电势会产生电流，进而弱化磁场能量。

3.2 母线谐振过电压的控制措施

针对母线谐振过电压的情况，笔者根据实践经验，提出具体控制措施，包括发挥倒闸操作的作用以及保证技术设备，现阐述如下：

第一，首先要注重倒闸操作对改善母线谐振过电压情况的作用。禁止母线电磁式电压互感器在合闸状态时，空充母线。在空充母线前，合上线路或分段开关母线侧刀闸，增加线路或分段开关对地电容，改变系统电容参数，抑制谐振现象。

第二，熟悉所使用仪器设备的技术参数。首先要了解母线系统参数，认真检查设备，准确计算相关数据，根据计算值判断是否在谐振范围，通过实践发现将断路器电容控制在450PF的状态下不会发生铁磁谐振。其次要定期改进设备，比如变压器加装避雷器能有效改善过电压现象。

第三，改善母线电容参数。首先，更换母线或线路电磁式电压互感器，采用伏安特性较好的电磁式电压互感器或电容式电压互感器。铁芯饱和是产生谐振重要原因。其次，在母线上安装对地电容或将各馈线电流互感器安装在母线刀闸侧。

第四，去掉高压开关均压电容。高压开关在热备用状态时，主变或线路上电压通过均压电容传到母线上，形成谐振容性因素。

4 结语

综上所述，社会的进步对电力网络提出了越来越高的要求，为了更好地为城区提供用电服务，需要不断提高变电站性能，改进继电保护装置。有效防范和控制220kV变电站运行操作中的过电压现象，及时检修相关设备，保证变电站的安全运转，对于人们生产生活具有十分重要的作用。

参考文献

[1] 胥望，肖辉耀，廖菁.220kV变电站运行操作过程中的过电压分析与防范[J].现代电力，2010，（2）.

[2] 姜綦川，宋文武，陈次昌，等.电网谐振过电压产生原因及防范措施[J].西华大学学报（自然科学版），2009，（5）.

[3] 汪湲，沈倩.关于220kV东门变电站操作过电压的分析及抑制对策[J].山东电力高等专科学校学报，2009，（2）.

作者简介：黄剑桥（1987-），男，供职于深圳供电局有限公司变电管理二所，研究方向：变电运行。

（责任编辑：蒋建华）