一、何謂過(guò)電壓

所謂過(guò)電壓，是指電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過(guò)工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。電工設(shè)備的絕緣長(zhǎng)期耐受著工作電壓，同時(shí)還必須能夠承受一定幅度的過(guò)電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。研究各種過(guò)電壓的起因，預(yù)測(cè)其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)絕緣配合的前提，對(duì)于電工設(shè)備制造和電力系統(tǒng)運(yùn)行都具有重要意義。

過(guò)電壓分兩類(lèi)：外過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓。外過(guò)電壓又稱(chēng)雷電過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓。由大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起的。內(nèi)過(guò)電壓是電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過(guò)電壓，分為工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。



二、工頻過(guò)電壓

工頻過(guò)電壓指系統(tǒng)中由線(xiàn)路空載、不對(duì)稱(chēng)接地故障和甩負(fù)荷引起的的頻率等于工頻（50 Hz）或接近工頻的過(guò)電壓。

主要是三類(lèi)原因：1.空載長(zhǎng)線(xiàn)路的電容效應(yīng)；2.不對(duì)稱(chēng)短路引起的非故障相電壓升高；3.甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高。其中1和3經(jīng)常結(jié)合在一起造成過(guò)電壓。

實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，與線(xiàn)路長(zhǎng)短、短路容量、有無(wú)并聯(lián)電抗器、故障前負(fù)荷都有關(guān)系。

為何討論工頻過(guò)電壓？

直接影響操作過(guò)電壓的幅值。

持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工頻電壓升高仍可能危及設(shè)備的安全運(yùn)行（油紙絕緣局放、絕緣子污閃、電暈等）。

在超高壓系統(tǒng)中，為降低電氣設(shè)備絕緣水平，不但要對(duì)工頻電壓升高的數(shù)值予以限制，對(duì)持續(xù)時(shí)間也給予規(guī)定（母線(xiàn)側(cè)1.3pu，線(xiàn)路側(cè)1.4pu，時(shí)間一般為1min）。

決定避雷器額定電壓（滅弧電壓）的重要依據(jù)
（3、6、l0kV系統(tǒng)  工頻電壓升高可達(dá)系統(tǒng)最高運(yùn)行線(xiàn)電壓的1.1倍，稱(chēng)為110％避雷器；35~60kV系統(tǒng)為100％避雷器；110、220kV系統(tǒng)為80％避雷器；330kV及以上系統(tǒng)，分為電站型避雷器（即80％避雷器）及線(xiàn)路型避雷器（即90％避雷器）兩種）。

工頻過(guò)電壓的幅值、持續(xù)時(shí)間與出現(xiàn)的機(jī)率對(duì)設(shè)備的影響及避雷器的選用應(yīng)該說(shuō)是非常重要的，但是現(xiàn)在廣泛采用了不帶間隙的氧化鋅避雷器，由于有一定熱容級(jí)，選擇其額定電壓時(shí)，工頻過(guò)電壓只是條件之一，不僅決定于工頻過(guò)電壓的幅值、而且決定于其持續(xù)時(shí)間，但由于我國(guó)這塊持續(xù)時(shí)間與幾率比較低（單相重合閘，一般不超過(guò)0.5S-1S），所以工頻過(guò)電壓可能已不是選擇氧化鋅避雷器額定電壓的關(guān)健條件。所以目前工頻過(guò)電壓的標(biāo)準(zhǔn)主要決定于設(shè)備承受能力，斷路器切空載線(xiàn)路的性能等。

降低工頻過(guò)電壓的措施：

1）單機(jī)帶長(zhǎng)線(xiàn)，特別是單機(jī)容量相對(duì)較小時(shí)是造成工頻過(guò)電壓過(guò)高的最不利電網(wǎng)條件。一般工程中遇到這種情況會(huì)重點(diǎn)校核，并盡量避免這種情況。

2）經(jīng)常保持發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，特別是采用快速勵(lì)磁。

3）采用單相重合閘并確保繼電保護(hù)及其選相性能的正確性。

4）裝設(shè)高抗。

5）采用良導(dǎo)體線(xiàn)(鋁合金線(xiàn)、鋼芯鋁線(xiàn)、鋁包鋼線(xiàn))作為架空地線(xiàn)，與鋼鉸線(xiàn)比，線(xiàn)路零序阻抗減少，從而可以降低工頻過(guò)電壓3%-8%。


三、諧振過(guò)電壓

諧振過(guò)電壓是電力系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在某些接線(xiàn)方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過(guò)電壓。產(chǎn)生都與電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)或與帶鐵心設(shè)備的磁回路有關(guān)。

1）超高壓線(xiàn)路的平行諧振過(guò)電壓。超高壓線(xiàn)路一般裝設(shè)了并聯(lián)電抗器后，就要考慮平行諧振可能產(chǎn)生的過(guò)電壓?jiǎn)栴}。所謂平行諧振，是指帶電的線(xiàn)路部分通過(guò)空間電容耦合，對(duì)不帶電的對(duì)地連接有電感(并聯(lián)電抗器或變壓器)的空線(xiàn)部分構(gòu)成諧振的條件，而在空線(xiàn)上產(chǎn)生過(guò)電壓。

這也適用于單回線(xiàn)非全相情況（單相故障時(shí)可能出現(xiàn)非全相諧振過(guò)電壓），而這種情況通常在工程設(shè)計(jì)中關(guān)注較多，一般我國(guó)500kV裝設(shè)并聯(lián)電抗器的線(xiàn)路都使用單相重合閘，然后在并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗（另一作用是防止?jié)摴╇娏鳎?dāng)然這需要校核高抗中性點(diǎn)側(cè)的絕緣水平。

很多國(guó)外系統(tǒng)曾在500kV長(zhǎng)線(xiàn)路上裝設(shè)了中性點(diǎn)直接接地的高壓并聯(lián)電抗器，而又采用單相重合閘的情況，不但單相重合閘成功率極低，還發(fā)生過(guò)因斷相引起諧振過(guò)電壓而損壞設(shè)備的事故。

中性點(diǎn)小電抗原理：如在并聯(lián)電杭器中性點(diǎn)加小電抗器，小電抗器的電抗值是按單相開(kāi)后接近完全補(bǔ)償相間耦合電容的條件決定的，因而其感抗值很大，不構(gòu)成L,  C串聯(lián)回路;耦合到斷開(kāi)的空線(xiàn)的電壓很低。

實(shí)際工程中平行諧振有判斷的簡(jiǎn)單方法：即空線(xiàn)的并聯(lián)電抗補(bǔ)償度(百分比)與所連接電感的X0/X1的比值，過(guò)補(bǔ)償也可能引起諧振，應(yīng)該避免。

2）諧波諧振過(guò)電壓。由于這樣結(jié)構(gòu)方式的自然諧振頻率較低，個(gè)別甚至低于工頻，有可能因變壓器的磁飽和或串補(bǔ)電容產(chǎn)生的諧波與之發(fā)生諧振。

工頻過(guò)電壓迫使變壓器飽和，引起諧波，多發(fā)生于變壓器特性不好，電網(wǎng)電壓偏高的情況，這時(shí)變壓器的勵(lì)磁電流將大大增加（內(nèi)含大量諧波電流）。

可見(jiàn)在工頻頻率為頰定值60HZ時(shí)，變壓器飽和降低了過(guò)電壓。當(dāng)頻率上升到61.8HZ時(shí)，發(fā)生了5次諧波的諧振，靠近電源端的LEM變電站母線(xiàn)電壓達(dá)1. 72標(biāo)么值，比處在空載線(xiàn)路末端的LAV變電所母線(xiàn)電壓還高得多。

3）變壓器諧振過(guò)電壓

此類(lèi)過(guò)電壓發(fā)生的幾種原因：

近區(qū)故障。線(xiàn)路較長(zhǎng)，但僅在距離變壓器15km以?xún)?nèi)的線(xiàn)路處發(fā)生故障，特別是與變壓器相連只有一回線(xiàn)，近處發(fā)生兩相或三相故障時(shí)比較危險(xiǎn)。

從短路容量大的母線(xiàn)處向短線(xiàn)路一變壓器組充電。

切斷變壓器勵(lì)磁涌流。

為預(yù)防這種事故的措施值得研究。比如盡可能改善保護(hù)變壓器的避雷器性能，例如將帶間隙的閥型避雷器改為氧化鋅避雷器；對(duì)高電壓、大容量變壓器(包括升壓和聯(lián)絡(luò)兩個(gè)最高電壓級(jí)的)盡可能不用分接頭；設(shè)計(jì)選型及整定變壓器保護(hù)時(shí)應(yīng)避免變壓器充電勵(lì)磁涌流而誤動(dòng)等等。

4）自勵(lì)磁過(guò)電壓

當(dāng)發(fā)電機(jī)組僅帶容性負(fù)荷，而容性負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)的吸收能力時(shí)，將發(fā)生自勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)電壓將失去控制，而按指數(shù)增大。

自勵(lì)磁現(xiàn)象的出現(xiàn)，很大程度決定于電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相對(duì)小容量的機(jī)組帶相對(duì)高電壓的空載長(zhǎng)線(xiàn)路而又無(wú)電抗器補(bǔ)償時(shí)（又是這種情況有木有），其實(shí)在正常運(yùn)行時(shí)，單機(jī)帶長(zhǎng)線(xiàn)的機(jī)率是很少的，但是在系統(tǒng)發(fā)生故障，特別同時(shí)出現(xiàn)甩負(fù)荷的情況下.有可能構(gòu)成最不利的條件而發(fā)生自勵(lì)磁。特別是水電站送出線(xiàn)路，水輪機(jī)組時(shí)上升的幅度較大。頻率上升的結(jié)果是減少了容抗，而加大了感抗，所以更易發(fā)生自勵(lì)磁。



四、操作過(guò)電壓

由線(xiàn)路故障、空載線(xiàn)路投切、隔離開(kāi)關(guān)操作空載母線(xiàn)、操作空載變壓器或其它原因在系統(tǒng)中引起的相對(duì)地或相間瞬態(tài)過(guò)電壓，利用高性能避雷器（也可能是合閘電阻，都有應(yīng)用區(qū)域）可以防止操作過(guò)電壓。

操作過(guò)電壓是系統(tǒng)操作和故障時(shí)出現(xiàn),特點(diǎn)是具有隨機(jī)性,在最不利的情況下過(guò)電壓倍數(shù)較高,330KV及以上超高壓系統(tǒng)的絕緣水平取決于操作過(guò)電壓。有以下情況：

切除空載線(xiàn)路時(shí)過(guò)電壓的根源是電弧重燃及線(xiàn)路上的殘余電壓。（由于SF6斷路器所以極少出現(xiàn)）

空載線(xiàn)路的合閘過(guò)電壓是由于在合閘瞬間的暫態(tài)過(guò)程中,回路發(fā)生高頻振蕩造成的。

在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相金屬接地將引起正常相的電壓升高到線(xiàn)電壓。如果單相通過(guò)間歇燃燒的電弧接地,在系統(tǒng)正常相合故障相都會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓(稱(chēng)電弧接地過(guò)電壓),其實(shí)質(zhì)是高頻振蕩的過(guò)程。

切除空載變壓器引起的過(guò)電壓。原因是當(dāng)變壓器空載電流突變時(shí)變壓器繞組的磁場(chǎng)能量全轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量對(duì)變壓器等值電容充電,導(dǎo)致過(guò)電壓。

規(guī)程如下：

1）潛供電流與恢復(fù)電壓

潛供電流也是實(shí)際工程中涉及較多的一個(gè)因素。線(xiàn)路上發(fā)生單相接地故障，繼電保護(hù)通過(guò)選相元件只將故障相自線(xiàn)路兩側(cè)斷開(kāi)，非故障相仍然繼續(xù)運(yùn)行，這時(shí)非故障相與斷開(kāi)的故障相之間存在靜電（通過(guò)相間電容）和電磁（通過(guò)相間互感）的聯(lián)系。使故障點(diǎn)弧光通道中仍有一定數(shù)值的電流通過(guò)，此電流稱(chēng)為潛供電流。

單相跳閘后，潛供電流與相間電容、電網(wǎng)電壓皆成正比，電壓等級(jí)愈高或線(xiàn)路愈長(zhǎng)，上述分量的潛供電流愈大，并與故障點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。

消弧措施：故障點(diǎn)能否消弧，除與風(fēng)速、風(fēng)向、電弧長(zhǎng)度有關(guān)外，關(guān)鍵是恢復(fù)電壓的高低和潛供電流的大小及其與恢復(fù)電壓?jiǎn)柕南辔徊睢Ｈ绻麤](méi)有消弧措施，當(dāng)電流過(guò)零熄弧時(shí)，恢復(fù)電壓適為最大值，消弧條件很差。因此對(duì)電壓等級(jí)高而線(xiàn)路又較長(zhǎng)的線(xiàn)路需有幫助消弧的措施：如對(duì)500KV中長(zhǎng)線(xiàn)路高壓并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)加小電抗、短時(shí)在線(xiàn)路兩側(cè)投入快速單相接地開(kāi)關(guān)等措施；另一方面可采用實(shí)測(cè)熄弧時(shí)間來(lái)整定重合閘時(shí)間。

同桿并架線(xiàn)路：同桿并架的線(xiàn)路，當(dāng)有一回發(fā)生接地，如構(gòu)成平行諧振條件，將引起很高的恢復(fù)電壓，難以消弧。此外，如一回線(xiàn)發(fā)生單相接地，兩側(cè)故障相斷開(kāi)后的潛供電流，由于同桿線(xiàn)路的電容與電感耦合，使它比單回路的潛供電流有所增加。如同桿并架的兩回線(xiàn)換位情況各不相同時(shí)，數(shù)值還要增大。同樣，故障點(diǎn)的恢復(fù)電壓也由于有了同桿線(xiàn)路的耗合而增大。

目前的關(guān)鍵問(wèn)題是要研究多長(zhǎng)距離的線(xiàn)路，可以不采取上述的小電抗消弧措施。這樣是所有項(xiàng)目過(guò)電壓分析專(zhuān)題報(bào)告里面需要論證的。

BPA計(jì)算結(jié)論是：對(duì)采用斷電時(shí)間為35-40周波(0.58-0.67s)的單相重合閘，可以不采取消弧措施(如并聯(lián)電抗器補(bǔ)償或快速接地開(kāi)關(guān))的500kV線(xiàn)路長(zhǎng)度為100km，這也是平時(shí)我們計(jì)算的一個(gè)大概依據(jù)，但是實(shí)際值比這要高一些。

國(guó)外也有采用短時(shí)在線(xiàn)路兩側(cè)投入快速單相接地開(kāi)關(guān)作為解決消弧的措施。如果考慮同桿雙回線(xiàn)的異名相故降，也只有快速接地開(kāi)關(guān)能有效地解決問(wèn)題。

2）空載線(xiàn)路合閘

線(xiàn)路采用三相重合閘時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在空線(xiàn)合閘前，線(xiàn)路上有與殘余電荷相應(yīng)的殘余電壓U ,重合時(shí)若電源電壓與U相位相反，則可能出現(xiàn)3倍多的更高的過(guò)電壓。

這塊主要是牽涉到是否選擇合閘電阻（或是沿線(xiàn)避雷器），合閘電阻作用是斷路器在斷開(kāi)時(shí)在主觸頭合上前先退出，在合閘時(shí)合閘電阻先投入，當(dāng)主觸頭合上時(shí)被短接退出，這樣做可以防止操作過(guò)電壓。合閘電阻是否需要也是電網(wǎng)項(xiàng)目過(guò)電壓分析報(bào)告中的重要一條。

線(xiàn)路斷路器裝合閘電阻是限制合空載線(xiàn)路過(guò)電壓的有效措施，與避雷器相比，優(yōu)點(diǎn)在于限制過(guò)電壓效果明顯且沿線(xiàn)均衡。但是，合閘電阻及其運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，比較容易發(fā)生故障，對(duì)于不裝合閘電阻時(shí)合空線(xiàn)相地過(guò)電壓仍在允許范圍之內(nèi)的線(xiàn)路，其斷路器可以不裝合閘電阻，其安全性可能更高，而且也節(jié)省投資和維修費(fèi)用；對(duì)于投切變壓器的斷路器，因?yàn)榇祟?lèi)過(guò)電壓一般均小于2.0p.u.，斷路器沒(méi)有必要裝合閘電阻，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有要求。對(duì)絕緣不構(gòu)成威脅況且變壓器旁邊都有MOA保護(hù)，可以進(jìn)一步限制過(guò)電壓。所以變電所投切變壓器的500kV斷路器可以不裝合閘電阻。

限制操作過(guò)電壓的措施有:1.選用滅弧能力強(qiáng)的高壓斷路器。2.提高斷路器動(dòng)作的同期性。3.斷路器合閘電阻。4.采用性能較好的避雷器。5.電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行。


五、外過(guò)電壓

分直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種。

直擊雷過(guò)電壓是雷閃直接擊中電工設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過(guò)電壓。雷閃擊中帶電的導(dǎo)體，如架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)，稱(chēng)為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線(xiàn)路鐵塔，使其電流互感器過(guò)電壓保護(hù)器電位升高以后又對(duì)帶電的導(dǎo)體放電稱(chēng)為反擊。直擊雷過(guò)電壓幅值可達(dá)上百萬(wàn)伏，會(huì)破壞電工設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。感應(yīng)雷過(guò)電壓是雷閃擊中電工設(shè)備附近地面，在放電過(guò)程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過(guò)電壓。因此，架空輸電線(xiàn)路需架設(shè)避雷線(xiàn)和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線(xiàn)路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線(xiàn)路的防雷能力。



六、直流輸電過(guò)電壓

直流輸電的容量往往接近于所連接的交流系統(tǒng)的短路容量，此時(shí)工頻過(guò)電壓將是交直流系統(tǒng)相互影響中的重要問(wèn)題之一。

當(dāng)直流輸電系統(tǒng)故障(直流閉鎖、全停)或交流系統(tǒng)故障后而直流輸電不能迅速起時(shí)，換流閥不能消耗無(wú)功功率，多余的無(wú)功功率將引起工頻動(dòng)態(tài)過(guò)電壓，交流系統(tǒng)的短路容量或SCR愈小，產(chǎn)生的過(guò)電壓值將愈高。葛洲壩-南橋直流輸電容量為1200MW，相對(duì)于兩側(cè)的交流短路容量較低，因而葛洲壩與南橋側(cè)的工頻動(dòng)態(tài)過(guò)電壓分別不超過(guò)1.15標(biāo)么值及1.125標(biāo)么值。

為了限制直流輸電工頻過(guò)電壓，保持電壓穩(wěn)定，有以下措施：

1）裝設(shè)調(diào)相機(jī)

巴西的負(fù)荷中心(圣諾克)為了接收伊泰普水電站直流輸電送來(lái)的電力，由于受端交流側(cè)短路容量與之相比較弱，所以裝設(shè)了1臺(tái)300Mvar的調(diào)相機(jī)，既可提高受端的短路比，又可提供換流所需無(wú)功功率。

2）靜止補(bǔ)償器

例如聯(lián)絡(luò)英法的2000M W直流輸電系統(tǒng)，在英國(guó)側(cè)接入400kV電網(wǎng)處的正常最小短路容量為6000MVA，故障時(shí)將引起工頻過(guò)電壓達(dá)1.4標(biāo)么值，為此，裝設(shè)了2組±150 Mvar靜止補(bǔ)償器，主要目的是事故時(shí)吸收無(wú)功。

3）建設(shè)新線(xiàn)路提高交流側(cè)的短路容量

除了工頻過(guò)電壓之外，直流系統(tǒng)里面，自勵(lì)磁和諧波諧振過(guò)電壓也可能存在，具體判別原理和交流系統(tǒng)類(lèi)似。



網(wǎng)絡(luò)整理 僅供參考
圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)聯(lián)系刪除
版權(quán)歸作者所有