過電壓這塊在系統設計中比較重要，特別是500kV電壓等級以上設計，但是由于專業性比較強，對其理解也是基于參與工程的過電壓專題以及EMTP過電壓計算的一個課題，對這塊也做一個總結。

一、何謂過電壓

所謂過電壓，是指電力系統在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統中的一種電磁擾動現象。電工設備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統安全可靠地運行。研究各種過電壓的起因，預測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統絕緣配合的前提，對于電工設備制造和電力系統運行都具有重要意義。

過電壓分兩類，外過電壓和內過電壓。外過電壓又稱雷電過電壓、大氣過電壓。由大氣中的雷云對地面放電而引起的。內過電壓是電力系統內部運行方式發生改變而引起的過電壓，分為工頻過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。個人涉及的一般都是內過電壓分析，外過電壓也會嘗試稍作總結。

二、工頻過電壓

工頻過電壓指系統中由線路空載、不對稱接地故障和甩負荷引起的的頻率等于工頻(50Hz)或接近工頻的過電壓。

主要是三類原因：1.空載長線路的電容效應;2.不對稱短路引起的非故障相電壓升高;3.甩負荷引起的工頻電壓升高。其中1和3經常結合在一起造成過電壓。

實際計算過程中，與線路長短、短路容量、有無并聯電抗器、故障前負荷都有關系。為何討論工頻過電壓?

直接影響操作過電壓的幅值

持續時間長的工頻電壓升高仍可能危及設備的安全運行(油紙絕緣局放、絕緣子污閃、電暈等)

在超高壓系統中，為降低電氣設備絕緣水平，不但要對工頻電壓升高的數值予以限制，對持續時間也給予規定(母線側1.3pu，線路側1.4pu，時間一般為1min)

決定避雷器額定電壓(滅弧電壓)的重要依據(3、6、l0kV系統工頻電壓升高可達系統最高運行線電壓的1.1倍，稱為110%避雷器;35~60kV系統為100%避雷器;110、220kV系統為80%避雷器;330kV及以上系統，分為電站型避雷器(即80%避雷器)及線路型避雷器(即90%避雷器)兩種)

工頻過電壓的幅值、持續時間與出現的機率對設備的影響及避雷器的選用應該說是非常重要的，但是現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，選擇其額定電壓時，工頻過電壓只是條件之一，不僅決定于工頻過電壓的幅值、而且決定于其持續時間，但由于我國這塊持續時間與幾率比較低(單相重合閘，一般不超過0.5S-1S)，所以工頻過電壓可能已不是選擇氧化鋅避雷器額定電壓的關健條件。所以目前工頻過電壓的標準主要決定于設備承受能力，斷路器切空載線路的性能等。

降低工頻過電壓的措施：

1)單機帶長線，特別是單機容量相對較小時是造成工頻過電壓過高的最不利電網條件。一般工程中遇到這種情況會重點校核，并盡量避免這種情況。

2)經常保持發電機自動電壓調節器投入運行，特別是采用快速勵磁。

3)采用單相重合閘并確保繼電保護及其選相性能的正確性(這塊細化分析故障的話就比較費篇幅，就不展開)

4)裝設高抗

5)采用良導體線(鋁合金線、鋼芯鋁線、鋁包鋼線)作為架空地線，與鋼鉸線比，線路零序阻抗減少，從而可以降低工頻過電壓3%-8%。三、諧振過電壓

諧振過電壓是電力系統中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發生諧振所造成的過電壓。產生都與電網的運行狀態、參數或與帶鐵心設備的磁回路有關。

1)超高壓線路的平行諧振過電壓。超高壓線路一般裝設了并聯電抗器后，就要考慮平行諧振可能產生的過電壓問題。所謂平行諧振，是指帶電的線路部分通過空間電容耦合，對不帶電的對地連接有電感(并聯電抗器或變壓器)的空線部分構成諧振的條件，而在空線上產生過電壓。

這也適用于單回線非全相情況(單相故障時可能出現非全相諧振過電壓)，而這種情況通常在工程設計中關注較多，一般我國500kV裝設并聯電抗器的線路都使用單相重合閘，然后在并聯電抗器中性點加裝小電抗(另一作用是防止潛供電流)，當然這需要校核高抗中性點側的絕緣水平。

很多國外系統曾在500kV長線路上裝設了中性點直接接地的高壓并聯電抗器，而又采用單相重合閘的情況，不但單相重合閘成功率極低，還發生過因斷相引起諧振過電壓而損壞設備的事故。

中性點小電抗原理：如在并聯電杭器中性點加小電抗器，小電抗器的電抗值是按單相開后接近完全補償相間耦合電容的條件決定的，因而其感抗值很大，不構成L,C串聯回路;耦合到斷開的空線的電壓很低。

實際工程中平行諧振有判斷的簡單方法：即空線的并聯電抗補償度(百分比)與所連接電感的X0/X1的比值,這塊內容比較多，就不展開了，主要是引出一個重要結論：就是過補償也可能引起諧振，應該避免。

多回路的諧振和單回路原理差不多，只是情況復雜些。

2)諧波諧振過電壓。也是主要存在于小機帶長線情況(令人煩惱的工況)，由于這樣結構方式的自然諧振頻率較低，個別甚至低于工頻，有可能因變壓器的磁飽和或串補電容產生的諧波與之發生諧振。

工頻過電壓迫使變壓器飽和，引起諧波，多發生于變壓器特性不好，電網電壓偏高的情況，這時變壓器的勵磁電流將大大增加(內含大量諧波電流)。

下圖就是加拿大魁北克735kV電網甩電荷時磁飽和對過電壓的影響。

可見在工頻頻率為頰定值60HZ時，變壓器飽和降低了過電壓。當頻率上升到61.8HZ時，發生了5次諧波的諧振，靠近電源端的LEM變電站母線電壓達1.72標么值，比處在空載線路末端的LAV變電所母線電壓還高得多。

3)變壓器諧振過電壓

CIGRE曾經分析過此類過電壓發生的幾種原因：

近區故障。線路較長，但僅在距離變壓器15km以內的線路處發生故障，特別是與變壓器相連只有一回線，近處發生兩相或三相故障時比較危險。

從短路容量大的母線處向短線路一變壓器組充電。

切斷變壓器勵磁涌流。好像國外這種事故有發生(特別是美國)，但國內好像沒有過，也可能是過去有的變壓器事故可能是諧振過電壓造成，但由于沒有從這方面分析，真實原因往往不清。但是，隨著高電壓、大容量變壓器的發展，國外的事故經驗值得吸取。為預防這種事故的措施也值得研究。比如盡可能改善保護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;對高電壓、大容量變壓器(包括升壓和聯絡兩個最高電壓級的)盡可能不用分接頭(美國所有因諧振過電壓而損壞變壓器的故障都與調整分接頭有關);設計選型及整定變壓器保護時應避免變壓器充電勵磁涌流而誤動等等。

4)自勵磁過電壓

這點我記憶猶新，曾經某工程我漏算了這一項。

當發電機組僅帶容性負荷，而容性負荷超過發電機的吸收能力時，將發生自勵磁，發電機電壓將失去控制，而按指數增大。

自勵磁現象的出現，很大程度決定于電網的結構，當相對小容量的機組帶相對高電壓的空載長線路而又無電抗器補償時(又是這種情況有木有)，其實在正常運行時，單機帶長線的機率是很少的，但是在系統發生故障，特別同時出現甩負荷的情況下.有可能構成最不利的條件而發生自勵磁。特別是水電站送出線路，水輪機組時上升的幅度較大。頻率上升的結果是減少了容抗，而加大了感抗，所以更易發生自勵磁。

防止自勵磁的措施:

防止自勵磁是電網設計內容之一。與500kV電網配合，一般應裝設單機容量為500MW以上的機組，這樣一般不易發生自勵磁。如果直接接入500kV電網的機組容量過小，更應研究采取措施。

對可能引起自勵磁的線路，裝設高壓并聯電抗器。

裝設反映過電壓的繼電保護。但在整定過電壓倍數及時間時，必須考慮斷路器在電壓升高時切空載線路的性能。

四、操作過電壓

由線路故障、空載線路投切、隔離開關操作空載母線、操作空載變壓器或其它原因在系統中引起的相對地或相間瞬態過電壓，利用高性能避雷器(也可能是合閘電阻，都有應用區域)可以防止操作過電壓。

操作過電壓是系統操作和故障時出現,特點是具有隨機性,在最不利的情況下過電壓倍數較高,330KV及以上超高壓系統的絕緣水平取決于操作過電壓。有以下情況：

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

空載線路的合閘過電壓是由于在合閘瞬間的暫態過程中,回路發生高頻振蕩造成的。

在中性點不接地的電網中發生單相金屬接地將引起正常相的電壓升高到線電壓。如果單相通過間歇燃燒的電弧接地,在系統正常相合故障相都會產生過電壓(稱電弧接地過電壓),其實質是高頻振蕩的過程。

售電實務(第六期)之打造核心盈利能力研討 5月9日-11日

切除空載變壓器引起的過電壓。原因是當變壓器空載電流突變時變壓器繞組的磁場能量全轉化為電場能量對變壓器等值電容