供配电系统过电压的危害及防范措施

贾绪

[摘           要]  随着我国经济建设和科学技术的快速进步，工业建设也随之飞速发展，工业建设对供配电系统的要求自然也越来越高。在日常的使用过程中，供配电系统经常会由于各种原因而遭到内部或者外部的电压袭击，导致供配电系统出现过电压现象，虽然这种过电压现象非常短暂，但是还是会严重损坏电器。偶尔一次的过电压现象，虽然会对电器中的绝缘设备造成严重的损耗，但是不会对电气设备造成直接性的损坏，由于电器中的绝缘体的损坏，电气设备的绝缘耐受能力会下降，导致电气设备无法接受下一次的过电压。

[关    鍵   词]  供配电系统;过电压;危害;防范措施

[中图分类号]  TM711                  [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603（2021）51-0060-02

本文主要探讨电网当中供配电系统产生过电压的原因以及在电气设备中安装电压保护器和电压保护装置以达到保护供配电系统的目的的科学性和可行性，通过分析找出合理科学防范过电压的措施。

一、常见的供配电系统过电压情况

供配电系统是由变压器、电动机以及电缆和断路器等几部分设备共同组成的。在日常的工作中，这些设备都会受到各种因素的影响，从而导致电气设备发生过电压现象，为了更好地保障电气设备和保护装置的安全运行，必须要了解过电压会产生的原因以及机理和量值范围等情况，下文将对10kV电脑中的各种过电压的状况分别说明。

（一）雷电过电压

雷电过电压是由直击雷或者感应雷在云层中进行活动引起的，因此又被称为外部过电压或者大气过电压，室外配电装置的总变电所以及总变电所引入和引出的外部架空线路可能会遭受到直接雷击，国内的实际监测结果表明，对于电缆的进出线、变电所和涉及的电气设备一般承受雷电侵入波过电压的冲击时，雷电侵入波过电压的持续时间是十分短暂的，只有十几微秒，其主要表现形式是相对过电压，其峰值电压在额定电压的6倍以上。

（二）操作过电压

操作过电压是在对真空断路器进行操作的时候，由于节流重燃和三相同时短路开断而造成的一类过电压，其主要表现形式为相间过电压。一般情况下，电压的最高值可以高达3.5倍，电流的最宽波形不会高于5ms，电压相较于其他过电压而言比较低，操作过电压是不会对设备造成损害的。

（三）电弧接地过电压

电弧接地过电压会对个人的人身安全和国家的财产造成巨大的危害和损失，主要是因为中性点不接地系统中产生了单相间歇性的“熄弧—重燃”接地，造成了高频振荡，在这个过程中形成了间歇性弧光接地过电压。这种过电压的持续时间可以达到十几分钟甚至更久，其波及范围非常广，如果整个电网中存在绝缘的弱点，会在这个绝缘弱点处造成绝缘闪络或者直接击穿。

（四）配变高压绕组接地谐振过电压

造成配变高压绕组接地谐振过电压的原因是电力系统中的三相配电变压器由于扎间短路引起触地或者高压保险同时融断导致谐振产生过电压。一些实验数据表明，高压绕组出现一点接地的情况时，其电压会高达2.38倍，当出现两点接地的情况时，其电压会高达2.73倍，这种情况会持续几分钟甚至十几分钟直到故障变压器彻底损坏，脱离系统。如果接地的高压保险同时熔化，那么过电压可能达到3.1～3.36倍，其持续时间一般是小于2秒的。

（五）PT铁心饱和谐振过电压

会产生PT铁心饱和谐振过电压的主要原因有三个：高次谐波、工频谐振、低分次谐波谐振。高次谐波会在空母线被投入时产生，空母线投入运行时过电压幅值增大，导致母线与主变压器绝缘闪络、PT烧坏。在电网运行时容易发生工频谐振和低分次谐波共振，在这种情况下，电压通常会增加2～3倍，其特性将会非常不稳定，过电压会发生几分钟至十几分钟，直到PT或高压保险烧坏，系统才能够恢复如常。

（六）单相接地时切断空载线路过电压

单相接地时切断空载线路过电压产生的主要原因是电网发生单相金属接地故障，导致切断空载线路产生5倍以上的过电压，这种高电压会直接引起避雷器的爆炸和相关设备的损坏，所以危害非常大。

二、具体的防范措施

（一）防范过电压的基本原则

为了确保电气设备和维护保护器能够正常安全地运行，必须做好过电压的防范工作，为了避免过电压造成危害，要对过电压产生的原因和持续的时间以及量值范围等问题进行研究，从而更具有针对性地采取相应的防护措施，对于电气设备中的保护器，必须具备三个要素：第一个要素就是全面性，对电气设备和保护器的保护，要考虑到系统当中可能会出现的各种过电压，而不能仅仅只针对某一种特殊的情况，比如MOA就在发生相间过电压时无法发挥有效的保护作用，MOA仅仅只针对限制系统相对的过电压发挥保护作用。第二个要素则是对绝缘配合的可靠性，在设计对电气系统的相关的保护装置的参数时，首先要考虑到的问题就是设备的绝缘耐受能力对电气系统进行保护的主要目的就是为了保护设备的绝缘体的安全。第三个要素则是需要保障保护装置的安全，在对电气设备安装保护装置时，必须要确保保护装置能够安全运行，否则，保护装置就会对电气系统造成危害，埋下事故隐患，从而带来更多的安全隐患。

（二）雷电过电压防护策略

安装避雷网和避雷针是国内经常使用的直击雷过电压的防护措施，国内常常运用MOA系统作为雷电侵入波过电压的保护措施。

（三）瞬时内部过电压防护策略

考虑到内部过电压的及时性，目前国内常用的组合式避雷器一般采用四星连接方式，有四个保护单元，它们成双组合，形成六个完整的避雷器。这六个避雷器分别对三相接地过电压和相间过电压进行保护，大大提高了保护的全面性。目前，组合式避雷器的应用有效地提高了保护的全面性，同时，和电动机绝缘水平配合的可靠性也有了很大的提高。目前，采用这种四星连接组合避雷器的主要原因是真空断路器近年来在我国建筑行业得到了广泛的应用。此外，随着我国基础设施的不断推进，电网规模也在不断扩大。这些发展导致电力系统过电压危害越来越严重，内部过电压一般为相间过电压。然而，三星连接的MOA很难保护这种过电压。

（四）弧光接地电压和谐振过电压防护策略

目前，过电压的保护有两种策略，一是限制过电压，另一种是容忍过电压，这是两个完全不同的概念，也就是说，我们使用一些设备来限制过电压，或设备本身可以接受一些过电压和产生耐受过电压。但是弧光接地过电压和谐振过电压的作用时间具有不确定性，所以要求避雷器可以完全耐受，是一种不经济也不合理的要求。因此，对于目前这种过电压，最合适的办法是利用中性点通过消弧线圈运行方式，或安装XHB消弧线圈装置。

采用中性点经消弧线圈保护电气系统，是由于电感和电容电流上相差180度，所以中性点经消弧线圈可以对接地电容电流进行补偿，但这种方法存在一些明显的缺陷，在实践中，高频下，电网电容和消弧线圈电感的频率特性是各不相同的，因此无法补偿，也很难调谐。如果采用过补偿的方法可以降低中性点位移电压，但这样会导致线路接地电流过大，电弧无法熄灭，电弧过电压继续存在。因此，这种方法不能完全消除核光接地过电压，只能适当补偿电容电流。

XHP消弧器采用计算机集中监控，然后用氧化锌非线性电阻元件与消弧电阻结合线电压进行消弧。这种组合线压消弧装置对系统的运行方式不会造成改变，但这种保护方式可以快速抑制弧线接地过电压，直接消除谐振过电压。同时，这种保护装置可以将系统中的所有过电压限制到很低的水平，所以一般来说，这种保护装置比消弧线圈具有更好的限压能力。对于作用时间长、对系统和设备安全构成巨大威胁的电弧接地过电压，应多采用XHP。更重要的是，由于组合保护装置本身的工作原理与电网对地的电容电流无关，因此保护性能不会因电网的运行方式而发生变化。

当然，如果想要更好地加强整个电网系统的可靠性，那么也可以在电气系统当中同时装配消弧线圈和XHP，当系统发生间歇性弧光接地时，先用消弧线圈进行补偿。如果补偿后接地电流小，电弧会自行熄灭，保护程序结束。但如果消弧线圈效果不显著，则需要用XHB来限制弧线接地过电压。

综上所述，面对不同的过电压，应当运用不同的防护手段，只有采取更有针对性的保护措施，才能更有效地保障电气系统的安全，这对供电系统来说是非常重要的。

參考文献：

白传涛，李红兵.浅析10kV电网中供配电系统过电压分析与防范措施[J].电子制作，2013（16）：221.

◎编辑 郑晓燕