電力係統內部過電壓分類及原因

時間:2015-12-23 12:12 來源:ob体育竞彩

電力係統由於外部（如雷電放電）和內部（如故障跳閘或正常操作）的原因，會出現對絕緣有危害的持續時間較短的電壓升高，這種電壓升高（或電位差升高）稱為過電壓。由雷電活動引起的過電壓稱為外部過電壓（簡稱外過電壓），包括直擊雷過電壓和感應雷過電壓；而由電力係統內部操作和故障引起的過電壓稱為內部過電壓（簡稱內過電壓），包括操作過電壓和暫時過電壓，其中暫時過電壓又分為工頻過電壓和諧振過電壓。過電壓不僅對電力係統的正常運行造成威脅，而且對帶電作業的安全也很重要。因此，在設備絕緣配合、帶電作業安全距離選擇、絕緣工具最短有效長度以及絕緣工具電氣試驗標準中都必須考慮這一重要因素。

在帶電作業過程中，作業人員除了受到正常工作電壓的作用外，還可能遇到內部過電壓和雷電過電壓。在《國家電網公司電力安全工作規程（線路部分)》規定：“……如遇雷電（聽見雷聲、看見閃電)、雪、雹、雨、霧等，不準進行帶電作業……”。因此，帶電作業中一般隻考慮工作電壓和內部過電壓的作用，即正常運行時的工頻電壓、工頻過電壓和諧振過電壓以及操作過電壓。

外部過電壓
外部過電壓又稱大氣過電壓，通常是指大氣中的雷電活動引起的異常電壓。其中，因直擊雷而產生的過電壓的幅值與雷電流的幅值、陡度和被擊杆塔的波阻抗有關；因感應雷出現的過電壓幅值則取決於雷雲放電電流值、感應雷電壓線路的對地高度和它距落雷點的距離。雷電行波的陡度很高，在導線上傳播時會有明顯的衰減，因而沿線各點的過電壓幅值是有差異的。一般來說，落雷點附近的起始雷電壓很高。

內部過電壓
當電力係統內進行開關操作或者發生事故使係統內部參數發生變化時，電力係統將由一種穩定狀態過渡到另一種穩定狀態，在這個過程中，係統由於內部參數變化而引發電磁能量的振蕩、傳遞和積累，並導致在某些設備上或係統中出現很高的過電壓，稱為內部過電壓。內部過電壓的大小與電網結構、係統容量及參數、中性點接地方式、故障性質、斷路器性能、母線出線回路數以及操作方式等因素有關。內部過電壓具有明顯的統計性，研究各種內部過電壓出現的概率及其幅值的分布不僅對於確定電力係統的絕緣水平具有非常重要的意義，而且是決定帶電作業絕緣配合的主要依據。

內部過電壓又可分為暫時過電壓和操作過電壓兩大類，而暫時過電壓包括工頻 電壓升高及諧振過電壓。

工頻電壓升高的主要原因有：空載長線路的電容效應、不對稱短路引起的工頻電壓升尚、甩負荷引起的工頻電壓升局等。

諧振過電壓的產生則是由於電力係統中有許多電感、電容元件，其組合可以構成一係列不同自振頻率的振蕩回路，因此，在開關操作或故障時，隻要某部分電路的自振頻率與電源基波或某一諧波頻率相等或接近，這部分電路就會出現諧振現 象。串聯諧振通常會在係統內某一部分造成過電壓。而且諧振過電壓持續時間比較 長，往往造成嚴重後果，因此在設計時必須進行計算，防止產生諧振或降低諧波幅 值、縮短其存在時間。

電力係統操作過電壓發生在由於斷路器操作而引起的過渡過程中。由於開關操作使係統的運行狀態發生突然變化，導致係統內電感元件和電容元件之間的電磁能量互相轉換，這個過程具有高幅值、高頻振蕩、強阻尼和持續時間短等特點，與暫時過電壓的特性不同。

操作過電壓可分為以下四種：

空載線路或電容性負載的分閘過電壓；
電感性負載的分閘過電壓；
中性點不接地係統的電弧接地（弧光間歇接地）過電壓；
空載線路合閘和重合閘時的過電壓；
一般操作過電壓可為係統最高相地運行電壓峰值的2~4倍。對於220kV及以下係統，電氣設備絕緣主要根據外部過電壓確定，通常可以承受操作過電壓的作用。而對於330kV及以上的超高壓係統，如仍按K=3~4進行絕緣配合設計，必然使設備的絕緣費用迅速增加，而且設備體積大，影響造價和工程投資。因此在超高壓係統必須綜合釆取有效技術措施，以限製過電壓倍數，如采用電抗器、帶有並聯電阻的斷路器及磁吹閥型或氧化鋅避雷器。

我國過電壓保護規程對各種電壓等級電網的操作過電壓倍數K作如下規定：

35~66kV及以下係統（中性點經消弧線圈接地或不接地)，K=4.0；
110~154kV係統（中性點經消弧線圈接地)，K=3.5；
110~220kV係統（中性點直接接地)，K=3.0；
330kV (中性點直接接地)，K=2.5；
500kV (中性點直接接地)，K=2.18。
隨著電網電壓等級的提高及對雷電過電壓的防護措施及避雷器保護性能的不斷提高，操作過電壓已成為超高壓電網絕緣設計的主要依據，對帶電作業的安全距離及絕緣工具的絕緣水平起著決定性的作用。

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