常见内部过电压及其危害

常见内部过电压及其危害
[摘要]电气设备在运行中承受正常的工作电压，但是由于某种原因，如雷电侵入或电网内部的操作、故障等常会产生异常的电压升高，这种电压升高称为过电压。

电力系统内部操作或故障引起的过电压叫内部过电压。

笔者结合多年工作经验，对电力系统常见的内部过电压防止措施进行了总结，以供参考。

【关键词】内部过电压；危害；分析
一、操作过电压
在中压配电网中，操作过电压主要包括：开关开断电容器组产生的操作过电压，开关关合和开断旋转电机、变压器、电抗器等感性负载产生的操作过电压。

下面详细叙述这两种过电压的产生与采取的限制措施。

1．开关开断电容器组产生的操作过电压。

开关在开断电容器组这种容性负载时，总有—相率先过零熄弧(假设为A相)，此时会有一个接近幅值的相电压残留在电容器端。

由于B、C相的存在，中性点出现位移，10ms后开关A相触头的恢复电压可达2．5Uphmax(最高运行相电压幅值)，而此时可能出现B相、C 相不能开断的情况。

如果C相不能开断，恢复电压最大可达4．1Uphmax，若此时开关触头发生重燃相当于一次合闸，使电容器组重新获得能量。

电压波产生振荡，在电容器端部、极间和中性点上都会出现较高的过电压，过电压幅值会随着重燃次数增加而递增。

这种过电压具有明显的随机性，与诸多因素有关，符合正态分布规律。

但是，只要开关不发生重燃，这种过电压将不会超过关合时的过电压。

2．真空开关在关合和开断感性负载产生的操作过电压。

感性负载包括高压电动机、发电机、变压器、电抗器等，真空开关在关合和开断感性负载时，会产生操作过电压。

(1)真空开关“开断”感性负载时产生的操作过电压。

真空开关具有较强的熄弧能力，不需要等待电流过零熄弧，而是在电流过零之前几安培或者l0—20A就可以将电流突然截断，强制熄弧。

而这一截流现象，却引发了截流过电压的产生，甚至继而引发多次重燃过电压和三相同时开断过电压；(2)真空开关在“关合”感性负载时产生的操作过电压。

真空开关在“关合”时出会出现类似“开断”过程的过电压，主要原因是开关在关合过程中有“弹跳”现象，触头接通后又分开，多次的“弹跳”相当于经历了多次的开断。

有统计表明，关合过电压出现的次数要大于开断低电压出现的次数。

二、单相接地过电压
在中性点不接地的l0kv中压配电网中，当发生单相接地时，会使中性点产生位移，使全相上出现较高的工频过电压，其幅值与中性点接地方式有关，最大
幅值可达到倍。

单相接地引起的工频电压升高，虽然幅值不算太高，但它容易诱发其他操作过电压，会使操作过电压的幅值提高。

在中性点不接地中压系统中，发生单相接地时流过故障点的电流为电容电流。

因为电容电流的相角超前电源电压90°，当电容电流过零时，故障点的电弧熄灭，而此时故障点的电压正好为最大值，如果接地电容电流较大，有可能使故障点刚刚自熄的电弧又重新点燃，线路上的电荷重新分配，对地电压再次发生骤变。

经验表明，当中压网络的电容电流超过10A，接地电弧不易自行熄灭，常形成过零熄狐，接着又重燃，即出现交替再熄再燃的间歇性电弧。

因而导致电磁能的强烈震荡，故障相、非故障相和中性点都产生过电压。

这种过电压一般不超过3．0Uph(最高运行相电压)，一般低于设备绝缘的耐受水平。

但它持续时间长、能量大，极易发展成为相间故障，有时造成断路器的异相开断，有时对绝缘较弱的旋转电机构成威胁，有时会使无串联间隙的金属氧化物避雷器损坏。

三、谐振过电压
电网中的电感、电容元件，在一定电源的作用下，并受到操作或故障的激发，使得某一自由振荡频率与外加强迫频率相等，形成周期性或准周期性的剧烈振荡，出现谐振现象，电压幅值急剧上升，即产生谐振过电压。

(1)线性谐振是指参与谐振的各电参量均为线性，电感参数为常数，不随电压或电流的变化而变化。

电感元件为不带铁芯或带有气隙的铁芯，并与电容元件组成串联谐振回路。

谐振一般发生在电网自振频率与电源频率相等或相近时。

对于中压配电网，这种线性谐振较多发生在消弧线圈补偿网络或表现为某些传递过电压的谐振等。

消弧线圈网络在全补偿运行状态(脱谐度v=0)，当发生单相接地网络中出现零序电压时，便发生消弧线圈与导线对地电容的串联线性谐振，这种谐振将会使中性点位移达0．5Uph。

(2)非线性谐振一般指由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成谐振回路，因铁芯电感元件的饱和现象，电感参数不再为常数，而是随着电流或磁通的变化而变化。

在一定的情况下可自激产生，但大多数需要外部激发条件，它可突然产生或消失，当激发消除后常能自保持。

激发条件主要有；电圈断线、断路器非全相动作，熔断据一相或两相熔断等原因造成非全相运行，更多的是在中性点不接地系统中。

电压互感器突然合闸使一相或两相绕组出现涌流，线路单相弧光接地出现暂态涌流等原因，使电磁式电压互感器三相电感程度不同地产生严重饱和，形成三相或单相共振回路，激发各次谐波谐振过电压。

谐振过电压时间长、能量大，可使电网中性点位移，绝缘闪络，电压互感器熔断器熔断，电压互感器过热爆炸或避雷器、阻容吸收器损坏。

当高压系统中发生不对称接地故障或断路器不同期操作时，可能出现明显的零序工频电压分量，通过静电和电磁耦合在变压器低压侧产生工频电压传递现象，从而危急低压侧电气绝缘的安全，若与接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，还可能产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压。

过电压的大小见式(1)
U2=U0(C12/C12+3C0) (1)
式中U0——高压侧出的零序电压，kV；
C12——高低压绕组间电容，µF;
C0——低压侧相对地电容，µF。

四、限制内部过电压的措施
1．操作过电压的限制措施。

为限制合闸引起的操作过电压，通常开关中增加一个并联电阻和一对辅助触头，使合闸过程分为两个阶段。

这样，使每一个的幅值；又由于电阻的阻尼作用，加速了振荡过程的衰减，使过电压幅值受到有效的限制。

除采用开关的并联电阻作为限制操作过电压的重要措施外，避雷器也是很重要的保护设备。

避雷器限制操作过电压是以其操作波放电电压和操作冲击残压表示其保护水平，这些数值的选取决定于系统的情况和避雷器元件的性能，设备的操作冲击绝缘水平是由避雷器的操作冲击残压决定的，但是由于采用了带并联电阻的开关，只是在并联电阻失灵或其他意外情况出现较高幅值的操作过电压时，避雷器才动作，即改善了避雷器的工作条件，又将过电压限制在允许的范围内，系统得到可靠的保护。

2．避免间歇性弧光接地过电压的措施。

间歇性弧光接地过电压波及面广、能量大、持续时间长且危害性很大，目前尚没有专门的设备能够有效制约该种过电压。

对保护设备而言，例如避雷器，要么避开它，在这种过电压出现时避雷器不动作(加串联间隙)；要么允许在这种过电压出现时使避雷器击穿损坏。

3．避免谐振过电压的措施。

(1)采用消弧线圈接地方式，跟踪过程中要偏离谐振点，保证脱谐度V≠0；(2)变压器的高压侧不采用熔断器，选用同期性能较好的开关，避免产生零序过电压，防止变压器传递过电压和铁磁谐振过电压；(3)选用励磁特性较好、饱和点高的电磁式电压互感器；(4)在电压互感器开口三角形绕组上装设灯泡(6—10kv电网接200瓦灯泡)或者专用消谐器；(5)在电压互感器一次绕组的中性点上装设专用消谐器；(6)在电网中装设四极式自控式阻容吸收器，当其动作时，在零序回路中突然接入电阻和电容，对破坏谐振条件，阻尼谐振有一定的作用。

参考文献
[1]邹本川.王淑平.电力系统过电压的危害及其防止对策[j]城市建设理论研究.2011年第17期.。