浅析电力系统超高压（500KV及以上）操作中过电压产生的机理及防护

赵胜颖

[摘 要]电力系统运行的过程中出现过电压的问题，这是一种较为常见的现象，但是对于电气设备会产生严重影响，从而影响电力系统的安全稳定运行。为保障电力系统的安全性与稳定性必须综合考虑过电压的产生原因、种类及其相应的限制措施，从而最大限度的减少过电压造成的危害。基于此，本文从电气过电压的危害性及产生原因出发，论述了电力系统过电压的防护措施，并详细的分析了电力系统过电压防护的管理措施。不足之处敬请各位同仁批评指正。

[关键词]超高压；GIS；过电压；防护措施

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0290-01

1 引言

我国经济发展迅速，社会生产和生活对电力的需求量在不断增加，对电力系统的稳定性和安全性要求也在逐渐提高。因此，如何维护电气设备的安全成为了重要问题。操作过电压是电力系统发生改变时必然会产生的问题，它的产生会对电力设备绝缘造成危害，影响整个电力系统的正常运行，妨碍经济的正常发展。因此，需要我们对电力系统中的过电压保护问题进行系统的分析，总结发生原因并找到相应的限制措施，从而将危害降到最低，以此来确保电力系统运行的安全与稳定。

2 电气过电压的危害性及产生原因

过电压指的是电压异常升高现象，是电磁扰动的一种表现，能够引起电器一次设备的极大损害，严重的甚至危及到整个电网系统的正常运行，维修成本高，严重影响到供电的安全性能和供电质量，因此需要对其进行预先的防范，尽最大程度降低发生大气过电压安全事故的概率。过电压的主要形式分为外部过电压和内部过电压。外部过电压主要指大气过电压；内部过电压主要是由电力系统内部运行方式改变引起的，又包括操作过电压、工频过电压和谐振过电压。

①大气过电压。出现大气过电压的现象主要是由于气候条件引起的，主要是电力线路受到雷击之后会产生较强的冲击力，而且雷击的程度越强，出现过电压量也就越大。大气过电压具体分为3种，即反击过电压、感应雷过电压和直击导线过电压。

②操作过电压。所谓的操作过电压就是在电网运行的过程中，进行开关操作而引起的过电压现象。通常在最不利的条件下，过电压的倍数会越高。需要注意的是，内部过电压具有很强的随机性，毫无规律可言，难以有效控制。

③工频过电压。引发工频过电压的原因主要包括线路空载时的容升效应等。工频过电压的倍数一般不高，但通常会持续较长的时间。对于绝缘的设备来说，不会产生较大的危险性，但是在超高压的状态或者是进行远距离输电工作时就会产生较为直接的影响。

④谐振过电压。谐振过电压是较为常见的一种过电压状态，且危害性相对较大。谐振过电压的产生与电感元件、电容元件有很大关系。具体而言，在电力系统出现故障的情况下，电感和电容元件易产生振荡回路，进而发生谐振、引起系统谐振过电压。谐振过电压的特点是持续时间较长、危害较大；会对电气设备造成一定的破坏，比如导致设备的绝缘性能降低或烧坏设备等。

3 过电压的防护措施

3.1 外部雷电过电压的防护措施

对于外部雷电过电压应注意以下五个方面的防护：对于外电网的架空线路来说，由于区域范围较大，不可避免的会遇到雷击现象，在防护上应设置相应的避雷线，以减少直击雷的发生；发电厂、变电站、送电所等厂区要以设计规范为基础，安装多支独立的避雷针，并且做好接地网、接地极、接地带的敷设，以保证厂区避雷的安全性；送电线路的进线开关应加设避雷器，这可以有效的控制外线传递过来的电压，防止超压电流进入变配电设备；对于高压架空线路应在变压器端设置避雷器，同时还要在变压器的中性点安装间隙放电保护设备；变电厂区内需要与高压架空线路进行隔离，并且在安装避雷器时对架空线路回路的参数必须进行验证和分析，以保证输电和变电线路的安全。

3.2 内部过电压保护措施

①防止负荷突变过电压。在实际操作过程中，突发事故导致电压升高极易引起负荷突变过电压，对于这种情况的防护应该在电机侧装设励磁系统以控制电枢反应，除此之外，还要运用限制空载线路投切及控制长线路电容效应，以此来达到较好的控制电枢反应的效果。

②接地故障保护措施。一般情况下，在电力系统中，接地故障发生的频率较高，尤其单相接地更容易引发事故，而且其电压高低与事故发生频率成正比。这是由于避雷设备一般都对发生单相接地造成故障引起电压增大没有保护措施造成的，因此其单相接地时发生的故障也较多。这就说明即使单相接地发生故障的时候产生的过电压值不是最高的，而在实际选择避雷设备灭弧电压时还是会参考单相接地时的正常相过电压值。此外，还需要注意的是中性点接地故障，通常，水电站会以单相接地时的避雷器设备的灭弧电压以电网的正常相电压（最大电压的1.1倍）为参考依据，但是应该注意的是直接接地的相电压应该是正常电压的0.8倍。

③预防谐振过电压。电力系统谐振过电压的产生受到其谐振过电压的持续时间、回路自身特点等因素的影响，本身不稳定的谐振过电压或者持续时间比较长对电力系统的正常运行影响较大，应该予以重视，其处理方式一般为：增加电阻、减少电抗、安装消谐器。

3.3 超高压以及特高压GIS中过电压防护措施

①采用快速动作的隔离开关。缩短隔离开关的切合时间能够有效地减小重击穿的次数、缩短燃弧时间，从而降低过电压出现的几率。此外，还能使最高过电压的倍数在一定程度上得到降低。

②并联合闸电阻。目前抑制操作过电压比较有效的办法就是在隔离开关断口上并联合闸电阻（约几百欧）。通过并联电阻的阻尼作用可以使行波幅值降低、上升时间减缓。此外，并联电阻还可以对电磁振荡的能量进行消耗。

③改变运行的操作流程以及简化系统接线。考虑在超高压及特高压GIS的设计和运行过程中有改变操作流程和简化系统接线的相应措施。

④适当增加触头间的不对称度。适当增加触头间的不对称度可以有效降低残余电荷，残余电荷的降低方面可减少绝缘体表面所分布的不均匀自由导电粒子对绝缘强度的减弱。另一方面可减少重燃过程从而降低过电压幅值。

4 电力系统过电压防护的管理措施

首先，制定防范管理制度，将各个防范措施都要落到实处，需要对所有在超高压电力系统有关的从业人员进行培训，使其意识到过电压的危害，并制订具体的工作细则和过电压事故的应急预案。各个工作环节都需要设定过电压安全责任人，一旦出现事故进行问责。

其次，定期的召开过电压保护工作会仪，除了总结交流经验外，还要进行技术培训，并布置当年的过电压保护工作。

再次，做好过电压的年度检查工作，尤其是雨季的防雷检查必须要严格，检查中可采用分片互查的方式进行。

5 结束语

综上所述，操作过电压是电力系统中比较常见的一种过电压，它对电力工作人员的自身安全、设备的绝缘性能都有很大的危害，严重时甚至会对电力系统的安全稳定运行造成影响。因此，我们必须针对各种过电压的类型加以综合防范，并对已经发生的事例进行分析，利用先进的科学技术研究并解决问题，最终达到能够预防故障的目的，以保证电力系统运行的安全性和稳定性。

参考文献

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