第十二章电力系统内部过电压

电力系统的内部过电压作者：程航来源：《中国科技博览》2015年第33期[摘要][Abstract]电力系统的内部过电压是电网运行中易出现的异常状态，内部过电压是由于操作（合闸、拉闸）、事故（接地、断线）或其它原因引起电力系统的状态发生突然变化，将出现从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程，在这个过程中可能产生对系统有危险的过电压。

变电运行人员只有充分认识出现内部过电压时的现象，仪表的指示及系统情况加以综合分析，正确判断过电压类型，才能采取必要的限制措施，提高电力系统的运行质量，减少事故的发生。

2002年8月27日公司2#站事故产生的原因就是由于6KV熔断器的故障造成操作过电压现象，进而造成弧光短路，对公司生产造成较大影响。

本文对此次事故的成因进行了分析，进而论述了过电压现象的发生机理及防治办法。

随着公司供电设备老化问题日渐严重，存在不少隐患；半导体工厂生产设备又容易对电网产生谐波干扰，还容易产生谐振过电压。

这些都需要我们加强对设备的巡检，细心维护，及早发现问题，及时更换关键部件。

[关键词][Key words]熔断器内部过电压操作过电压谐振过电压中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0124-02一、02年SGNEC 2#站事故2002年8月27日11点11分总变电站，控制2#终端站1#变压器的614#高压（6KV）开关跳闸并出现速断及接地报警。

同时8号站6KV一段母线电压大幅度降低并使35KV系统31路电压降低，公司6KV一段母线所带负荷全部无压掉电停止工作。

相关人员及时赶到2#终端站现场时发现1#变压器6KV负荷隔离开关内C相熔断器内侧熔断管爆裂（整个熔断器由两个熔断管并列焊接组成），熔体与石英沙熔化在一起呈暗红色；外侧熔断管断开，已掉在开关柜门下，瓷管破裂，熔体断开，流出的石英沙呈白色晶体颗粒状。

固定熔断器用的上下金属卡箍，上方的已被电弧烧断；B相熔断器管有裂纹；A相熔断器管无损害。

电力系统过电压分析过电压是指电力系统中出现的电压超过额定值或设定范围的瞬时现象。

过电压可能由于线路故障、雷击、开关操作和电气设备故障等原因引起。

过电压对电力系统的安全稳定运行产生重要影响，因此，对电力系统的过电压进行准确的分析和评估是必要的。

一、过电压的分类1. 外部过电压：外部过电压是指来自电力系统外部的电压幅度超过了正常运行时的额定值。

外部过电压的主要原因是雷击，雷击可以通过设备接闪装置和接地装置来减轻其影响。

2. 内部过电压：内部过电压是指电力系统内部某个节点的电压幅值超过了正常运行时的额定值，可能导致电力设备的损坏。

内部过电压包括故障过电压和运行过电压。

二、过电压的影响1. 设备损坏：过电压可能导致设备的击穿，损坏电气设备，特别是对绝缘性能较差的设备，如变压器、继电器和电能表等。

2. 系统不稳定：当过电压较大或持续时间较长时，电力系统可能变得不稳定，导致设备间的电能传递受到影响。

三、过电压分析的方法过电压分析是通过数学模型和计算方法对电力系统的过电压进行仿真和计算，以评估过电压对电力系统的影响，并确定相应的防护措施。

1. 瞬态稳定分析：通过瞬态稳定分析可以确定电力系统在过电压冲击下的稳定性。

该分析主要考虑电力系统的动态过程，包括电压暂降、电流冲击和设备响应等。

2. 静态稳定分析：静态稳定分析主要评估电力系统在过电压下的静态稳定性。

静态稳定分析可以评估过电压对电力系统中各个节点电压和功率的影响。

3. 电磁暂态分析：电磁暂态分析是通过计算每个节点的电压和电流的瞬时变化来评估过电压对电力系统的影响。

该分析主要关注电力系统的电磁暂态响应。

四、过电压防护措施为了减轻过电压的影响并保护电力系统的安全稳定运行，需要采取一定的过电压防护措施。

1. 接闪装置：接闪装置可接地试验系统，通过将过电压引到接闪装置上，从而保护电力设备免受雷击等外部过电压的影响。

2. 绝缘配合：合理选择和配合电力系统的绝缘设备和绝缘材料，提高系统的绝缘能力，防止内部过电压的产生和传播。

内部过电压原因内部过电压是指电力系统中某一部分或某一设备内部电压超过了正常工作范围的现象。

内部过电压可能会对设备的正常运行造成影响，甚至导致设备的损坏。

本文将从内部过电压的原因进行探讨，并提出相应的解决方法。

一、内部过电压的原因1. 突发事件：如雷击、电线短路等突发事件会引起系统内部电压的瞬时升高。

这种突发事件可能会导致电力系统设备的损坏，甚至引发火灾等严重事故。

2. 电力负载变化：当电力负载突然增加或减少时，电力系统内部的电压也会相应发生变化。

特别是在负载突然减少时，电压可能会出现瞬间升高的情况。

3. 电力系统故障：电力系统中的故障，如线路短路、设备故障等，可能会导致内部电压的异常升高。

这些故障可能会对电力系统的正常运行造成严重影响。

4. 功率因数失衡：功率因数失衡是指电力系统中正负序电流不平衡的现象。

当电力系统中存在功率因数失衡时，会引起电压的波动，从而导致内部电压的升高。

二、内部过电压的危害1. 设备损坏：内部过电压可能会造成电力系统中的设备损坏，如变压器烧毁、断路器跳闸等。

这不仅会给维修工作带来不便，还会增加设备更换的成本。

2. 运行不稳定：内部过电压会导致电力系统的运行不稳定，造成电压波动、电流不平衡等问题。

这可能会影响到用户的正常用电，给生产和生活带来困扰。

3. 安全隐患：内部过电压可能引发火灾等安全事故。

电力系统中设备的损坏和短路可能导致火花飞溅，引燃周围可燃物，给人员和财产带来威胁。

三、内部过电压的解决方法1. 安装过电压保护装置：在电力系统中安装过电压保护装置是防止内部过电压的有效措施。

过电压保护装置能够及时检测到电压异常，并采取相应的措施，保护设备的正常运行。

2. 增加电力系统的稳定性：提高电力系统的稳定性是减少内部过电压的关键。

可以通过增加电容器、稳压器等设备来提高系统的稳定性，减少电压波动的可能性。

3. 维护设备的正常运行：定期检查和维护电力系统中的设备，及时排除潜在故障，可以有效地减少内部过电压的发生。

什么是内部过电压?内部过电压分类什么是内部过电压电气设备和电力线路在运行中有时要改变运行方式，也就是要进行停送电操作。

如切、合变压器；切、和电力线路；切、和电容器；切、合电动机等。

此外，运行中的电气设备和电力线路也可能发生事故，例如短路跳闸、断线、接地等。

无论是由于停送电操作，或者电气事故，都会引起电力系统运行状态的局部变化，即从一种状态变为另一种状态，也就是出现过渡过程。

在电路的过度过程中会引起电场能量和磁场能量的转换，这时可能出现很高的电压，形成过电压，这种过电压称为内部过电压。

产生内部过电压的原因很多，所引起的过电压大小不同。

有时几种因素交叉重叠在一起，引起的过电压数值很高。

一般认为，对地内部过电压可达相电压的3~4倍；相间内部过电压则为对地内部过电压的1.3~1.4倍。

根据现场运行经验，有时内部过电压高达相间电压的5~6倍。

内部过电压是由电力系统内部电、磁场能量的传递或转换引起的，因此与电力系统的电感、电容参数有关。

电阻消耗能量，从而能抑制过电压。

由此可见，内部过电压与电力系统内部结构、各项参数、运行状态、停送电操作和是否发生接地、断线等事故有关，十分复杂。

不同原因引起的内部过电压，其电压数值大小、波形、频率、延续时间长短也并不完全相同，预防措施也有区别。

内部过电压分类为了便于研究，现行国家技术标准把内部过电压分为工频过电压、谐振过电压和操作过电压，其中工频过电压和谐振过电压又称作暂时过电压。

所谓暂时过电压，并不是过电压延续时间短，而是时间长，要求供电系统运行部门采取措施使其尽快消除，使过电压只能暂时存在，不可长时间存在。

实际上，在内、外各种过电压中，过电压波长最短的是雷电过电压，主放电只有50~100us，雷电冲击波波长以微秒计。

内部过电压的延续时间都要比雷电过电压长，工频过电压可达几小时，谐振过电压几分钟，操作过电压以毫秒计，时间较短，但比雷电冲击波长了千倍。

雷电冲击波时间短，因此可以用避雷器有效地将雷电侵入波对地放电，避免对被保护设备造成过电压击穿损坏。

电力系统内部过电压及防护措施分析【摘要】在电力设备正常运行过程中，有时即使无雷电等外部侵入也会出现损坏的事故。

通常将电网内部原因造成的过电压称为内部过电压，其对电网系统有着直接而有效的影响。

本文将对电力系统内部过电压进行分析，并且提出切实可行的防护措施。

【关键词】电力系统；过电压；防护措施；分析引言在电力系统中，其运行的可靠性与过电压大小有着不可分割的关系。

过电压可以分为稳态过电压与暂态过电压两种。

内部过电压能量大部分来自于电网自身，并且在额定电压基础之上而产生的，因此，其幅值一般和额定电压的大小成正相关，并且具备统计的性质。

1 暂时过电压种类1.1 由接地故障而导致的过电压在电力系统中，故障时有发生，发射管单相接地故障次数相对较多，并且其伴随着系统电压等级增大而不断增加。

当发生故障为单相接地故障时，以故障点为作为等效点系统等值正序、负序阻抗为：Z1=Z2=JX1，零序限抗为：ZO=JX0，等值电动势为E，A相接地时，B、C两正常相的过电压UB、UC可按照下式进行计算：因为避雷器并不具有保护单相接地时增大单相电压的功能，但是在实际运行过程中，发生单相故障的次数却最多，所以即使产生单相接地故障时正常相过电压尚未达到，然而在实际操作中防护内部过电压常常是用单相接地时正常相工频过电压的值来选择合适的避雷器灭弧电压，并且对于中性点非接地系统来说，因为X0/X11/ωC时，才会引起电压升高导致铁磁谐振，铁磁谐振之后会导致电流反响，极易引起电机反转的故障。

一般情况下，可以采取相应的措施来破坏谐振的条件，例如：减小电抗、增加电阻或者使用消谐器等等。

2 暂态过电压防护措施2.1 间歇性电弧接地过电压间歇性电弧接地过电压一般都是发生在中性点不接地系统之中，因为此类系统具备发生单相接地仍然能持续工作两小时的特征，所以其中电弧可能发生多次充入，使得线路中负荷进行多次重新分配，引起中性点电压上升，最终导致过电压。

虽然此种过电压的幅值相对较小，只为额定电压的3倍左右，然而由于其持续的时间比较长，并且范围相对比较广，将对弱绝缘设备造成严重影响，应该采取相应措施来避免。

内部过电压是由于断路器操作、线路或设备发生故障或其他原因，使电力系统工作状况和系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量的转化或传递所造成的电压升高。

内部过电压包括工频过电压、操作过电压和谐振过电压。

1．工频过电压常见的几种工频电压升高包括：空载长线路电容效应引起的工频电压升高、接地故障引起的工频电压升高和发电机甩负荷引起的工频电压升高。

工频电压升高一般不会对电力系统的绝缘直接造成危害，但是它在绝缘裕度较小的超高压输电系统中仍受到重视。

这是因为：（1）由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，与多种操作过电压的发生条件相同或相似，所以它们有可能同时出现、相互叠加，所以在设计高压电网的绝缘时，应计及它们的联合作用。

（2）工频电压升高是决定某些过电压保护装置工作条件的重要依据，例如避雷器的灭弧电压就是按照电网单相接地时健全相上的工频电压升高来选定的，所以它直接影响到避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平。

2．操作过电压断路器对线路或其他电气没备进行各种正常或故障开闭过程时，产生的电压振荡以及间歇性电弧短路、系统解列、中性点不接地系统的弧光接地等。

典型的操作过电压包括：切除容性负荷引起的过电压、切除空载变压器引起的过电压、中性点不接地系统的电弧接地过电压等。

3．谐振过电压谐振过电压产生的原因是：系统中某一电感和电容元件参数的适当配合，形成产生谐振的振荡回路，在一定条件下，引起网络的线性或非线性的谐振暂态现象。

这种过电压幅值较高，持续时间较长。

谐振过电压按照原理分为线性谐振、铁磁谐振、参数谐振。

谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成，在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。

谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。

受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。

电力系统内部过电压的防护措施1单相接地形成过电压通常应加强电网及设备运行管理，减少接地故障的发生。

对变压器应经常开展检查维护，使之处于安康状态下运行，还应定期开展预防性试验，防止因绝缘击穿而发生单相接地故障。

对供电线路应注重提高架设质量，合理选择导线截面及档距，线路走廊下的树木要定期砍伐，使线路通道符合技术规范。

严禁在电力线路下建房、植树，及在线路附近采石，以防炸断线路而发生接地故障。

2.负荷突变形成过电压通常可采用并联电抗器，以及按一定程序投、切空载线路，以限制长线路电容效应产生的过电压。

在电机侧采用快速减磁系统以限制发电机转子加速和电枢反应。

3.谐振形成过电压谐振过电压持续时间与回路本身特性有关，因此，对特定电网应尽量防止可能引起的谐振操作，或采取措施破坏谐振条件，如使用消谐器等。

对电磁式电压互感器引起的谐振，可在其二次开口三角处接入一个小电阻以破坏谐振；或在电压互感器高压中性点串入一个15kV、50w左右电阻接地，限制流过中性点的电流，防止电压互感器因磁饱和而发生铁磁谐振。

4.间歇性电弧形成过电压通常在电网中性点接入消弧线圈接地。

利用消弧线圈的电感补偿流过接地点的电容电流，使电弧的存在时间缩短,重燃次数减少，从而抑制了高幅值的过电压。

5.投切小电感性负荷产生的过电压此类过电压产生的根据是断路器的截流，由于其能量较小，通常采用避雷器来抑制。

6.开断电容性负荷产生的过电压此类过电压产生的根据是断路器的重燃，其方法是限制断口恢复电压的上升，以减少重燃的途径，从而到达抑制此类过电压的产生。

其措施是：在断路器断口装置并联电阻,能起到阻尼作用，或采用不会产生电弧重燃的真空断路器。

此外，在电容器运行中应尽量减少频繁的投切操作。

7.对投运空载长线路产生的过电压通常采用带合闸电阻断路器，或采用专门装置来判断当断路器两端电压最低时合闸，或设法消除、削弱线路的残余电压。

此外，电网中运行的变压器或线路装设金属氧化物避雷器开展保护（即使在非雷雨季节也不要退出运行），既可限制线路过电压，又可消除变压器、线路空载投切引起的过电压；控制支路的跌落式熔断器，应改为三相联动的柱上少油断路器，以防止非全相操作。

题目：电力系统操作过电压讲授内容提要：1、间歇电弧接地过电压2、空载变压器合闸过电压教学目的：掌握电力系统操作过电压种类教学重点：了解电力系统间歇电弧接地过电压教学难点：了解电力系统空载变压器合闸过电压采用教具和教学手段：多媒体及板书授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。

第十二章电力系统操作过电压本次课主要内容：1、间歇电弧接地过电压2、空载变压器合闸过电压操作过电压概念操作过电压：由断路器及刀闸操作和系统故障引起的暂态过渡过程一方面包括断路器的正常操作，如线路和变压器、电抗器等的合闸过电压和故障后线路的重合闸过电压等另一方面包括各种分闸以及故障及其清除过程引起的过电压操作过电压特点操作过电压具有幅值高、存在高频振荡、阻尼较强以及持续时间短等特点操作过电压对电气设备绝缘盒保护装置的影响，主要取决于其幅值、波形和持续时间。

操作过电压波头陡度一般低于雷电过电压特快速暂态过电压（VFTO）特快速暂态过电压（Very Fast Transient Overvoltage，VFTO）是一种波头很陡、频率很高，在六氟化硫（SF6）气体绝缘的变电站（GIS）中出现的过电压。

用隔离开关操作短母线时，由于开关的多次击穿和熄灭，可能造成频率很高的过电压，其初始前沿一般在3~200ns。

特快速暂态过电压（VFTO）危害特快速暂态过电压频率远高于雷电过电压。

而电力系统常用的金属氧化物避雷器（MOA）无法限制这种过电压，VFTO可能威胁到GIS及相邻设备的安全，特别是变压器匝间绝缘的安全，也可能引发变压器内部的高频振荡。

我国500kv系统曾出现VFTO损坏大型变压器的事故。

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