淺析電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)

摘要：闡述了電力系統(tǒng)過電壓的類型和危害，并結(jié)合過電壓的類型，提出了防止過電壓的措施。

電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備在運(yùn)行中除了承受工作電壓外，還會(huì)遭到過電壓的作用和侵害。作用于電力系統(tǒng)的過電壓，按其起因及持續(xù)時(shí)間，可分為兩大類型，一種為雷電過電壓，另一種為內(nèi)部過電壓。由雷電引起的雷電過電壓，或由開關(guān)操作、工頻、諧振引起的內(nèi)部過電壓，從其數(shù)值上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工作電壓。由于過電壓的存在，它將使電力系統(tǒng)運(yùn)行的電氣設(shè)備絕緣受損，設(shè)備壽命縮短，甚至造成停電事故，損毀電力設(shè)施，因此必須采取各種措施來限制和預(yù)防過電壓。

一、雷電過電壓

分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。直擊雷過電壓由雷電流通過被擊物在阻抗上產(chǎn)生的壓降和兼有雷電通道的電磁場(chǎng)的感應(yīng)電壓共同組成，其幅值極高;感應(yīng)雷過電壓是在輸電線路附近地面遭到雷擊時(shí)，由電場(chǎng)和電磁場(chǎng)的劇烈變化形成的過電壓，這種過電壓多數(shù)為正極性，波前時(shí)間約l0us，其幅值一般不大于500kv，對(duì)60kv以下的線路有擊穿的危險(xiǎn)。

二、內(nèi)部過電壓

內(nèi)部過電壓是由于開關(guān)操作、故障或其它原因，使電力系統(tǒng)工作狀況發(fā)生變化，在過渡過程中因電磁能在系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生振蕩而引起的過電壓，稱為內(nèi)部過電壓。其特征見表1。

操作過電壓倍數(shù)，實(shí)際出現(xiàn)的操作過電壓幅值與系統(tǒng)最高運(yùn)行相電幅值之比，稱為操作過電壓倍數(shù)k。它是隨機(jī)變量，與系統(tǒng)結(jié)線、容量及參數(shù)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器性能、母線出現(xiàn)回路數(shù)以及系統(tǒng)運(yùn)行、操作方式等有關(guān)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的操作過電壓倍數(shù)，見表2。

三、雷電過電壓保護(hù)

雷電過電壓保護(hù)是用來限制過電壓的一種重要保護(hù)措施。如避雷器就是用來限制過電壓的一種主要保護(hù)電器，它通常接于導(dǎo)線和大地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)過電壓值達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器立即動(dòng)作，釋放過電壓電荷，將過電壓限制在一定水平，保護(hù)設(shè)備絕緣，使電網(wǎng)能正常供電。

1、架空送電線路的防雷保護(hù)架空送電線路的防雷保護(hù)措施有：

(1)采用避雷線，盡量減少導(dǎo)線受直擊雷的次。

(2)減少避雷線的接地電阻或適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，以避免反擊閃絡(luò)。個(gè)別桿塔亦可使用管形避雷器保護(hù)。

(3)有時(shí)可用降低線路絕緣上的工頻平均電場(chǎng)強(qiáng)度的辦法，使發(fā)生沖擊閃絡(luò)后不致轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的電力電弧?？紤]到雷擊事故中主要是單相接地，電網(wǎng)中性點(diǎn)可采用不直接接地的方式，以提高供電的可靠性。

(4)采用自動(dòng)重合閘或采用雙回路(或環(huán)網(wǎng))供電。

2、變電站的防雷保護(hù)在變電站，對(duì)直擊雷的保護(hù)采用避雷針或避雷線對(duì)侵入波則采用閥型避雷及進(jìn)線段保護(hù)。進(jìn)線段保護(hù)是指對(duì)未沿全線架設(shè)避雷線路，在離變電站1～

2km內(nèi)的進(jìn)線段上，裝設(shè)避雷線及管型避雷器對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)，防止雷電波侵入。

3、對(duì)變壓器及電力設(shè)備防止雷電侵入波的保護(hù)對(duì)變電站內(nèi)變壓器等電力設(shè)備防雷保護(hù)的基本任務(wù)是防止侵入波。除前述進(jìn)線段保護(hù)外，主要采用閥型避雷器，當(dāng)采用閥型避雷器進(jìn)行保護(hù)時(shí)，必須注意到被保護(hù)設(shè)備上的過電壓u，由于下述一些原因，它會(huì)超過避雷器殘壓ubc的額定最大值。

(1)避雷器至被保護(hù)設(shè)備連接的電感與被保護(hù)設(shè)備絕緣的等值電容組成振蕩回路。振蕩過程中電感中感應(yīng)電勢(shì)和殘壓迭加，共同作用于被保護(hù)設(shè)備。這種作用稱為“距離效應(yīng)”。如考慮被保護(hù)設(shè)備上有與行波反號(hào)的工頻電壓，由于振蕩加強(qiáng)，u較ubc大得更多。

(2)流過避雷器的雷電流波前小于規(guī)定值(8us)時(shí)，實(shí)際殘壓將超過計(jì)算時(shí)所取的值。這種作用稱為“雷電流波形效應(yīng)”。

(3)由于避雷器的接地引線及接地電阻上的壓降及避雷器老化等原因，實(shí)際殘壓可能超過額定值。因此，在被保護(hù)設(shè)備的耐受電壓和避雷器殘壓之間要留有適當(dāng)?shù)拈g隔。閥型避雷器與被保護(hù)設(shè)備間的最大允許距離同上述諸因素有關(guān)，除對(duì)新建高壓變電站外，一般可按過電壓保護(hù)規(guī)程所規(guī)定的數(shù)據(jù)來確定。

4、電纜線路的防雷保護(hù)電纜線路一般不會(huì)遭到直擊雷，雷電過電壓只能從連接的架空線路侵入，故需考慮對(duì)雷電侵入波的保護(hù)。電纜的波阻抗小，約為架空線的1/10，故當(dāng)入侵的雷電過電壓在電纜兩端來回反射時(shí)，對(duì)短電纜有可能產(chǎn)生很高的過電壓，需裝設(shè)避雷器保護(hù)。避雷器有裝于電纜的始端、末端和兩端等方式。

5、架空配電網(wǎng)的防雷保護(hù)

對(duì)3～10kv采用鋼筋混凝土桿的線路，一般采用瓷橫擔(dān)，如采用鐵橫擔(dān)，宜用高一級(jí)絕緣水平的絕緣子，并盡量縮短切除故障時(shí)間，以減少雷擊跳閘率和斷線等事故。另外，按防止侵入波的要求，在進(jìn)線上需裝設(shè)避雷器或保護(hù)間隙及短段避雷線保護(hù)措施。對(duì)3～10kv配電變壓器，應(yīng)用閥型避雷器保護(hù)。也可兩相用避雷器一相用間隙保護(hù)，在同一配電網(wǎng)中，間隙必須裝在同一相等線上，或者三相均用間隙保護(hù)，保護(hù)裝置應(yīng)盡量靠近變壓器，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)或中性點(diǎn)擊穿保險(xiǎn)器的接地端(對(duì)中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng))以及金屬外殼連在一起接地。

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