供配电系统过电压的危害及防范措施

苏雁忠

摘要：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。

关键词：供配电系统;过电压;防范措施

引言

与架空输电线路相比，电力电缆因其出色的应用便捷性与良好的绝缘性能在输配电网中得到了广泛的应用。对于核电站内的厂用电低压配电系统，已经实现了全电缆覆盖。在实际运行过程中，电力设备资产管理仍存在诸多问题。当配电系统进行重新规划或者设备更新后，往往缺乏必要的过电压计算校核。过电压的频率特性反映了暂态过程中电压的振荡程度，对进一步明确电缆绝缘在操作冲击作用下的损伤效应具有重要的意义。同时，过电压与过电流的计算结果对电缆线路的状态评估与继电保护的整定配合具有重要的参考价值。

1常见的供配电系统过电压情况

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。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。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。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。

2接入负荷波动对系统过电压和过电流影响理论分析

由于系统在发生单极接地故障时产生过电压，过盈率较低，因此对于单极接地故障，分析了传入负荷波动对系统过电压的影响。如果系统发生单极接地故障，以接口设备输出单极接地故障为例，故障极电压降至零，而故障极电压增加两倍于正常操作，使故障极电容器在故障期间充电，其充电路径为图（1）显示了加载无故障极电容器的接口设备，（2）显示了加载故障极电容器的mmC。由于无故障极电压是通过接口设备和逆变器加载无故障极电容器而产生的，因此负载过程是指接口设备的電容器电压以及逆变器和系统参数，因此负载波动不会影响无故障极电容器的负载过程。图2显示，阻塞VSC后，输出并联电容器不能卸载到充电终端，但桥臂反应器中存储的能量仍然可以通过并联二极管卸载到短路点。对于无功率反馈的交流负载，交流负载必须消耗桥臂反应器存储的一定能量。因此，桥臂反应器直至载荷结束的输出电流在载荷波动和卸载条件下相对于满载运行而言有所下降，从而使输出残馀电流增大，残馀电流大于载荷卸载条件下的残馀电流。对于具有功率反馈功能的交流微电网，交流微电网可以通过平行二极管放电到短路点，与全负荷运行相比，输出残余电流有所增加。从上述分析来看，两极短路误差下的过电流主要是由接口设备输出电容下载到短路点引起的，这是指接口设备输出电压、负载大小和故障时设备参数之间的关系。负载波动不影响故障期间的卸载过程，而只影响当前的最大值，因此故障后的当前波形相似。由于系统采用恒定电压调节，因此确定系统参数的超出量仅指故障期间的负荷，故障期间的负荷越大，超出量越小。

3具体的防范措施

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。内部过电压主要是指系统在典型运行和故障条件下的过电压。一般采用电磁暂态仿真软件，模拟、分析典型故障下关键位置的电压分布及其影响因素，表示关键故障条件。有关学者对配电系统中的规则保护、子模块拓扑结构、限流措施、典型负荷转换和过电压波动的影响进行了大量研究。例如，无论转换器子模块是否被阻塞，都会模拟其对故障特性和过电压分布的影响。研究结果表明，电极间短路故障时，电极与次模态电流之间的电压值被阻塞时高于未阻塞时。为了影响变换器全桥半桥子模块在过电压通道上的拓扑结构，仿真分析表明半桥体系整体应力较低。接下来，对超导限流器和限流反应器对系统关键点过电压的影响进行了书目仿真分析和比较，得出了添加限流反应器时过电压较大的结论。从配电系统连接的各种间接荷载和波动荷载的影响来看，仿真分析表明，开关荷载和波动荷载对系统电压影响不大。当连接不同拓扑、各种不同直流负载时，过电压的影响因素将继续增加。配电系统的变换器通常位于室内，电缆主要用于线路，因此闪电及其防护一般不考虑在内。但也有配电系统的某个接触点暴露于外部闪光并导致系统无法使用的情况;考虑到今后仍可使用架空线路，有必要研究配电网架空线路的防雷、变频器雷击浪涌过电压及其防护。配电网架空线路防雷研究应基于内部过电压及其避雷针配置方案，如。b .增加变流器并联避雷针的数量，安装线路避雷针，在空气中安装避雷线，降低接地电阻塔及其组合。避雷针必须充分考虑技术经济性和可靠性。文献对配电系统各种防雷系统进行了综合比较分析。并结合并行避雷器数量增加、避雷线施工、塔人工接地等综合避雷针保护方案，比较分析了车站设备避雷针水平、线路避雷针率和投资成本的差异。结合电源可靠性要求和系统经济性，提出了不同防雷保护方案的适用方案。与电缆相比，架空线路的使用仍然是配电系统可靠性的重大挑战，如果经济性允许，建议不要使用架空线路。

结束语

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。

参考文献

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