過(guò)電壓這塊在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中比較重要，特別是500kV電壓等級(jí)以上設(shè)計(jì)，但是由于專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)，對(duì)其理解也是基于參與工程的過(guò)電壓專(zhuān)題以及EMTP過(guò)電壓計(jì)算的一個(gè)課題，對(duì)這塊也做一個(gè)總結(jié)。

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。個(gè)人涉及的一般都是內(nèi)過(guò)電壓分析，外過(guò)電壓也會(huì)嘗試稍作總結(jié)。

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(50Hz)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(這塊細(xì)化分析故障的話(huà)就比較費(fèi)篇幅，就不展開(kāi))

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?，當(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,這塊內(nèi)容比較多，就不展開(kāi)了，主要是引出一個(gè)重要結(jié)論：就是過(guò)補(bǔ)償也可能引起諧振，應(yīng)該避免。

多回路的諧振和單回路原理差不多，只是情況復(fù)雜些。

2)諧波諧振過(guò)電壓。也是主要存在于小機(jī)帶長(zhǎng)線(xiàn)情況(令人煩惱的工況)，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)。

下圖就是加拿大魁北克735kV電網(wǎng)甩電荷時(shí)磁飽和對(duì)過(guò)電壓的影響。

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

CIGRE曾經(jīng)分析過(guò)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。好像國(guó)外這種事故有發(fā)生(特別是美國(guó))，但國(guó)內(nèi)好像沒(méi)有過(guò)，也可能是過(guò)去有的變壓器事故可能是諧振過(guò)電壓造成，但由于沒(méi)有從這方面分析，真實(shí)原因往往不清。但是，隨著高電壓、大容量變壓器的發(fā)展，國(guó)外的事故經(jīng)驗(yàn)值得吸取。為預(yù)防這種事故的措施也值得研究。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(美國(guó)所有因諧振過(guò)電壓而損壞變壓器的故障都與調(diào)整分接頭有關(guān));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

這點(diǎn)我記憶猶新，曾經(jīng)某工程我漏算了這一項(xiàng)。

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。

防止自勵(lì)磁的措施:

防止自勵(lì)磁是電網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。與500kV電網(wǎng)配合，一般應(yīng)裝設(shè)單機(jī)容量為500MW以上的機(jī)組，這樣一般不易發(fā)生自勵(lì)磁。如果直接接入500kV電網(wǎng)的機(jī)組容量過(guò)小，更應(yīng)研究采取措施。

對(duì)可能引起自勵(lì)磁的線(xiàn)路，裝設(shè)高壓并聯(lián)電抗器。

裝設(shè)反映過(guò)電壓的繼電保護(hù)。但在整定過(guò)電壓倍數(shù)及時(shí)間時(shí)，必須考慮斷路器在電壓升高時(shí)切空載線(xiàn)路的性能。

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。

售電實(shí)務(wù)(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(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