浅谈供电系统谐振过电压的防范

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摘要：摘要：电力供电系统或者说在电力供电电网上，过电压现象十分普遍。如果没有防范措施，随时都可能发生，也随时都可以发现。引起电网过电压的原因很多。主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压。 关键词： 电力供电系统 谐振过电压 防范措施 电力供电系

　　摘要：电力供电系统或者说在电力供电电网上，过电压现象十分普遍。如果没有防范措施，随时都可能发生，也随时都可以发现。引起电网过电压的原因很多。主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压。

　　关键词： 电力供电系统 谐振过电压 防范措施

　　电力供电系统过电压现象非常普遍。如果没有防范措施，随时都可能发生此现象。引起电网过电压的原因很多。主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压；其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害很大；过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。多年电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数都是有谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，所引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以避免形成严重的串联谐振回路；或采取适当的防止谐振的措施。

　　在电力生产和电力运行的中低压电网中，故障的形式和操作方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该了解各种不同类型谐振性质与特点，掌握其振荡的性质和特点，制汀防振和消振的对策与措施。

　　一、过电压产生的原因

　　目前，我国配电网，大部分仍采用中性点不接地方式运行，其中有少部分采用老式的消弧(消谐)线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取不少限制谐振过电压的措施，如：消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等，但始终没有从根本上得到解决，TV烧毁、熔丝熔断仍不断发生；另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定时间，一般为2h不致于引起用户断电，但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流易大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄火必然产生电弧电电压，一般为3-5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。而采用老式消弧线圈接地方式的系统由于结构的限制，只能运行在过补偿状态，不能处在全补偿状态，所以脱谐度整定的比较大，约在20％一30％，对弧光过电压无抑制效果。并需要手动调节分接头，然而此时却不能随电网，对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工作位置，影响功能发挥，也不适应电网无人值班变电所的需要。

　　二、过电压的防范措施

　　1．防范的基本原则

　　为了实现对过电压的可靠防护，保障电气设备以及保护器自身的安全运行，必须针对过电压产生的原因、持续时间、量值范围等采取针对性防护措施。一套完备的保护必须具备以下三个要素，缺一不可。

　　1）保护的全面性：保护要考虑系统各种可能的过电压，而不是针对某一种工况。如MOA只能限制系统相对地过电压，而对相间过电压则无能为力。

　　2）绝缘配合的可靠性：对过电压防护的目的是为了保护设备绝缘的安全，所以保护装置的参数设计必须与设备的绝缘耐受能力进行合理匹配。

　　3）保护装置自身的安全性：在对电气设备能够可靠保护的前提下，保护装置自身必须能够安全运行，否则，不仅保护不了设备绝缘，反而造成系统中的事故隐患。

　　2．外部过电压的防护

　　对于直击雷及感应雷过电压，目前国内较多的采用避雷网、避雷针进行防护；对于雷电侵入波过电压，由于其表现形式主要为相对地过电压，一般采用MOA加以防护。

　　3．瞬时内部操作过电压的防护

　　如前所述，内部过电压主要表现为相间过电压，三星型接法的MOA对相间过电压基本没有防护作用，在这种情况下，安装组合式避雷器是一种可行的保护方案。

　　4．间歇性弧光接地过电压的防护

　　耐受过电压和限制过电压是两个不同的概念，耐受过电压是指避雷器在一定幅值、一定时间的过电压作用下，不会发生异常和爆炸。避雷器必须能够耐受瞬时的内部操作过电压，否则自身安全无法保障。但是，对于间歇性弧光接地过电压，由于其作用时间的不确定性，要求避雷器完全能够耐受显然是不经济、不合理的。对这类过电压，一般采用中性点经消弧线圈的运行方式，或者安装XHB消弧限压装置。

　　中性点消弧线圈接地的保护方式主要原理是利用电感电流与电容电流在相位上差180°的原理，用电感电流补偿对地电容电流。但现行所有以消弧线圈设计的自动跟踪补偿或自动调谐是在电网工频（50Hz）下完成的。电网在单相间歇性电弧接地时刻，在健康相（非故障相上）发生的弧光过电压和通过电弧接地故障点的总电流是幅值较大的高频电流，而电网电容和消弧线圈电感在高频下，两者频率特性是完全不同的，两者在高频下互相补偿或调谐具有一定的难度。即使消弧线圈的感性电流能完全补偿容性电流，中性点位移电压U0将很高。过补偿方式可减小中性点位移电压，但失谐度大，将使线路接地电流太大，电弧不易熄灭，那么弧光过电压仍然存在。所以，消弧线圈自动跟踪或自动调谐可以对电容电流进行一定程度上的补偿，减少弧光接地发生的几率，但是不可能像一些杂志所报道的能“消除弧光接地过电压”，甚至在某些情况下可使过电压值更大。

　　XHB消弧限压装置是在不改变系统运行方式的情况下，采用计算机集中监测，利用氧化锌（ZnO）非线性电阻元件与消弧电阻组合限压消弧。综合控制器ZK通过对信号转换器ST以及电阻输送的信号进行计算处理，判断故障相别及属性，根据过电压性质以及接地属性分别做出处理。

　　对于瞬时的雷电过电压或操作过电压等，由ZnO电阻对过电压进行限制并吸收其能量，过电压的消除后，系统自动恢复正常工作。如果接地故障是稳定的金属性接地，则ZK仅发出故障相别的指示信号，由微机选线装置查找接地故障点，并警报值班人员进行排除。如果接地故障是间歇性弧光接地，首先由ZnO电阻将过电压限制在一个较低的水平，并提供信号给综合控制器ZK，ZK通过对信号转换器以及ZnO电阻提供的信号进行计算处理，判别出接地故障发生的相别及接地性质，发出指令将对应相的快速电子开关KD闭合，使灭弧电阻投入，系统由不稳定的弧光接地转变为稳定的电阻接地，将弧光消除，把过电压控制在规程允许的范围以内，同时进行故障的查找及排除。

　　XHB保护方式，可以快速地抑制作用时间长、对系统及设备安全威胁最大的弧光接地过电压，消除谐振过电压。同时，系统中的各类过电压均被限制到较低电压水平，其限制过电压的功能将比装设消弧线圈更可靠、更完善；整套装置限制过电压的机理与电网对地电容电流的大小无关，因而其保护性能不随电网运行方式的改变而变化，电网的扩大也无影响。该装置特别适用于环境比较恶劣但又必须保护供电连续性的冶金、化工等企业。

　　为了进一步加强系统的可靠性，也可以将消弧线圈与XHB同时使用。当系统发生间歇性弧光接地时，通过消弧线圈进行补偿，如果补偿后接地电流较小，电弧可自选熄灭，XHB不动作；否则XHB可以准确动作，有效限制系统弧光接地过电压。

　　参考文献：

　　[1]陈化钢. 《电力设备异常运行及事故处理》 北京：中国水利水电出版社 [ 1998 年 ]

　　[2] 解广润 . 《电力系统过电压 来自北京:水利电力出版社》 [ 1998 年 ]

　　[3]岳健民. 《6～35kV压变中性点用消谐器的性能分析》 [ 1997 年 ]

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