变压器内部过电压

变压器内部过电压变压器运行中产生的过电压在变压器中破坏绝缘有两种 情况：一是击穿绕组之间、绕组与铁芯之间或绕组与油箱之间 的绝缘〃造成绕组短路或接地；二是在同一绕组内将与匝间或 段与段间的绝缘击穿〃造成匝间短路。

内部过电压内部过电压是由电网内部能量转化或传递过程中产生 的〃其幅值与电网的额定电压成正比关系〃是超高压电网中危 害较大的过电压〃主要有两种一）〃切除空载变压器产生的操作过电压〃空载变压器在正常运行时表现为一激磁电感 实验研究表明：切断100A 以上的电流时〃开关触头的电弧通常都是在工频电流自然过 零时熄灭的〃此时等值电感中储藏的磁场能量为零〃在切除过 程中不会产生过电压。

但在切除空载变压器时〃由于激磁电流很小〃一般只有额定电流的 0.5％ ～ 4％ 〃而开关中的去游离作用又很强〃故当电流不为零时就会发生强制熄弧的切流 现象。

这样电感中储藏的能量就将全部转变为电场能量〃从 而产生这种切除空载变压器过电压。

切空变过电压的产生原因及过程通常，线路断路器是用来快速而安全地切断强大的感性短路电流(一般达10-100kA )的，当切断这种短路电流时，由于电源供给能量很大，还以维持电弧电压，在绝大多数情况下，电弧都是在工频电流自然过零时熄灭。

此时，电感中的磁场能量为零(即无截流)，不会产生过电压，但是在切断电感电流时，由于能量较小，通常弧道中的电离并不强烈，电弧很不稳定，加上断路器的去电离作用很强，会在工频电流过零前使电弧电流被突然截断，强制熄弧。

电弧电流的这种突然截断现象称为“截流”，截流是产生切断宽载变压器过电压的根本原因。

截流时，虽然被截断电流本身的数值并不大，但其变化率dt di l 却很大，因此使变压器绕组的感应电压dt di L l可达到很高的数值。

截流现象的产生是由于断路器切断电路时，触头间去电离作用出现冲击性的不均匀变化，引起电路中发生振荡所到致，因此，截流值的大小与电路参数，断路器类型及其灭弧性有等因素有很大关系。

切断空截变压器的截流过电压的形成过程可同等效电路进行分析（如图1），其中bB 为激磁电抗(因激磁电抗较漏抗大得多，可将漏抗略去)，C B为变压器本身及连接母线等的对地电容。

图1 切断空载变压器时等值电路在未断开前，电路在工频电压作用下，开关中流过的电流i为变压器空载电流i L与寄生电容C B中电流i C的向量和，因C B很小，可略去，即i=i L+i C≈i L，断路器在工频电流自然过零时熄灭电弧，这时电感上的电压U L和电容上电压U C都恰好是工频电压最大值，熄弧时刻电感中磁能等于零，电容不可能从其它方面再得到能量，故电容上电压最大值不超过工频电压。

但在切断空载变压器中，由于激磁电流很小，一般只是额定电流的1-4%，主断路器切断小电流时开关中去流离作用很强，会在电流不为零时发生强制熄弧的截流现象（如图2）。

图2 截流现象被截断时i C的瞬时值为i0，这时电感中贮存的能量将全部转变为电能，它将对C B充电，使电容上电压急剧上升。

电容上电压上升(其数值决定于电感中的磁场能量)，当其全部磁场能量转变为电容上的电场能量时，电容上电压便达最大值。

电感电容上的电压相等，略去截流时电容上的能量。

U Cmax = i 0B B C L (i 0为被截断时i L 的瞬时值，BB C L 为变压器的特性阻抗)，由此可见，截流瞬时值的电流i 0愈大，变压器激磁电感L B 愈大，则磁场能量愈大，使目样的磁场能量转化到电容上，可以产生更高的过电压，一般情况下，i 0虽不大，只有几安到几十安，可是变压器的特性阻抗很大，达几万欧，因而造成很高的过电压。

断路器性能对切断空载变压器过电压的影响由于切断空载变压器过电压与截流值成正比，因此截断电流愈大，过电压就愈高，断路器的截断电流主要由下列因素决定。

1、断路器的开断性能断路器的开断电流I k 增大时，截断电流I j 递增率却愈来愈小；开断电流较小时，截断电流也很小，过电压不会太高，近代高压变压器采用高质量的冷轧硅钢片作铁芯，空载时励磁电流很小，一般只有额定电流的0.5%左右，切断空载变压器时，过电压不高，发生事故的可能性极小，而采用普通硅钢片的旧式变压器，其励磁电流甚至可达额定电流的5% ,截断电流较大，因而多造成过电压事故。

2、断路器切断小电流电弧的性能对于某一类型的断路器来说，最大可能截断的电流有一定的限度，而且基本保持恒定。

少油断路器允许的截断电流比较大，可达几十安，SF 6断路器和真空断路器的截断电流较小，一般在几安以下，当允许的截断电流大于励磁电流时，则截流发生在励磁电流的幅值处因而产生较高的过电压。

随着励磁电流的增大，截流时刻推迟若励磁电流很大，则将在励磁电流的零点附近,甚至到通过零点时才断开,过电压将降低或不发生。

若励磁电流很小,则即便在电流幅值时截断,也不会产生很高的过电压。

所以，在某一励磁电流数值下会有较大的截流数值，因而对应最高数值的过电压。

3、油断路器在小励磁电流灭弧能力较弱，截断电流较小，过电压倍数也低，而切断小电流电弧性能好的真空断路器，由于截流能力强，切空变压器过电压就较高。

在较大励磁电流励磁电流时，由于两种断路器的灭弧能力差不多，所以过电压倍数几乎相同。

4、断路器重燃的影响，在断路器切断变压器过程中，由于开断的变压器侧有很高的过电压，而电源侧是工频电源电压，因此当触头间分开的距离还不够大时，在较高的恢复电压作用下，可能发生重燃。

在重燃过程中.变压器侧的能量要向电源释放,可使其减少,因而降低了过电压幅值。

相对少油断路器与SF6断路器比较而言，少油断路器的分闸时间较SF6断路器长，分断速度慢，重燃次数，因而相比较产生的过电压幅值较小。

断路器重燃能使切断空载变压器过电压降低，但同时与提高断路器的断流总量和限制节断空载线路过电压对断路器性能的要求是矛盾的，然而，断路器的主要使命是切断短路故障，所以在断路器选配上还应力求提高触头间的灭弧强度，以增大其断流容量为主。

结论对切断空载变压器所产生的过电压，因其有频率高，持续时间短，能量小限制较易，可采取其它有效措施加以限制。

因此，可使用带并联电阻的开关，并联电阻能够使变压器的磁场能量得以释放，或采用防护大气过电压的避雷器来限制二〃）谐振过电压.由于电网中电感和电容参数在特定条件配合下发生谐振而引起的由于变压器各段绕组的等值回路为电感、电容与电阻〃这样的回路具有固定的自然谐振频率〃基范围很宽〃约为数千赫兹至几百千赫兹〃且其中60％以上都小于100kHz〃回路的Q 值最高约为30〃衰减系数为0.7 ～0.9〃很小〃当受到特殊激发后〃如电网由于操作或故障引起过电压〃且满足以下情况：(1) 电网来的过电压频率与变压器的自然谐振频率一致；(2) 过电压与额定电压的幅度相比〃接近标准值；(3) 衰减小〃衰减时相临电压峰值系数ΔI>0.8；(4) 过电压持续时间合适时〃就有可能在局部绕组产生谐振过电压〃造成变压器故障。

分类：(1) 线性谐振过电压。

(2) 铁磁谐振过电压(3) 参数谐振过电压（时间有限〃只做了铁磁谐振的详细介绍）铁磁谐振过电压原理铁磁谐振仅发生在含有铁芯电感的电路中。

当电感元件带有铁芯时（如变压器、电压互感器等），一般都会出现饱和现象，这时电感不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而变化，在满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象。

铁磁元件的饱和特性，使其电感值呈现非线性特性，所以铁磁谐振又称为非线性谐振。

为探讨铁磁谐振过电压最基本的特性，可利用图1的L-C串联谐振电路进行分析。

假设正常运行条件下，其初始感抗大于容抗（ωL > 1/ωC ），电路不具备谐振的条件，而电感线圈中出现涌流时就有可能使铁芯饱和，感抗下降，使ωL = 1/ωC ，满足串联谐振条件，产生谐振。

图1 串联铁磁谐振电路图2为铁芯电感和电容上的电压（U L 、U C ）（有效值）随电流变化的曲线。

U C 为一直线；在铁芯为饱和时U L 基本上是一直线，当电流增大，铁芯饱和后，电感值减小，U L 不再是直线，因此两条伏安特性曲线必相交，这时产生铁磁谐振的前提。

产生铁磁谐振的必要条件：ωL 0 > 1/ωC ，（空载变压器）L 0为未饱和时的电感值。

图2串联铁磁谐振电路伏安特性曲线铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式，是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。

三、铁磁谐振过电压危害铁磁谐振过电压分为工频、分频和高频谐振过电压，常见的为工频和分频谐振。

当电压互感器的激磁电感很大时，回路的自振频率很低，可能产生分频谐振；当电压互感器的铁心激磁特性容易饱和时或系统中有多台电压互感器、并联电感值较小、回路自振频率较高时，则产生高频谐振。

工频和高频铁磁谐振过电压的幅值一般较高，可达额定值的3倍以上，起始暂态过程中的电压幅值可能更高，危及电气设备的绝缘结构。

工频谐振过电压可导致三相对地电压同时升高，或引起"虚幻接地"现象。

分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，过电压并不高，一般在2倍额定值以下，但感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，电流大大超过额定值，导致铁心剧烈振动，使电压互感器一次侧熔丝过热烧毁。

四、铁磁谐振过电压防范措施1、选用励磁特性较好的电磁式电压互感器或只使用电容式电压互感器。

2、在电磁式电压互感器的开口三角形中，加装R≤0.4Xm 的电阻（Xm 为互感器在线电压下单相换算到辅助绕组的励磁电抗）。

或当中性点位移电压超过一定值时，以零序过电压继电器将电阻投入一分钟，然后再自动切除，目前设计中一般采取开口三角加消谐器的措施。

3、采取临时的运行操作措施，如投退某些电容电流较大的设备或线路等。

4、电压互感器中性点串入消谐器，其原理是串入一个50 kΩ--100 kΩ的非线性电阻。