过电压分为大气过电压和内部过电压,其中大气过电压又分直击雷过电压、感应雷击过电压和侵入雷电波过电压,特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷电活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。220KV以下系统的绝缘水平由防止大气过电压决定。内部过电压是由于拉、合闸操作、接地或断线事故及其他原因引起电力系统状态发生突然变化产生对系统有威胁的过电压。究其原因是系统内部电磁能的振荡和集聚引起的故称内部过电压。内部过电压可分为操作过电压和暂态过电压(含谐振过电压、工频过电压)。
操作过电压是系统操作和故障时出现,特点是具有随机性,在最不利的情况下过电压倍数较高,330KV及以上超高压系统的绝缘水平取决于操作过电压。操作过电压具有幅值高、高频振荡、衰减快的特点。其产生原因:
1.切除空载线路时过电压的根源是电弧重燃及线路上的残余电压。
2.空载线路的合闸过电压是由于在合闸瞬间的暂态过程中,回路发生高频振荡造成的。
3.在中性点不接地的电网中发生单相金属接地将引起正常相的电压升高到线电压。如果单相通过间歇燃烧的电弧接地,在系统正常相合故障相都会产生过电压(称电弧接地过电压),其实质是高频振荡的过程。
4.切除空载变压器引起的过电压。原因是当变压器空载电流突变时变压器绕组的磁场能量全转化为电场能量对变压器等值电容充电,导致过电压。
同样,在切除感性负载可能在电容器和断路器上出现过电压。限制操作过电压的措施有:
1.选用灭弧能力强的高压断路器。
2.提高断路器动作的同期性。
3.断路器断口加装并联电阻。
4.采用性能较好的避雷器。
5.电网中性点接地运行。
谐振过电压是电力网中的电容元件和电感元件参数的不利组合,由谐振产生,特点是过电压倍数高、持续时间长。其产生原因是:
1.线性谐振过电压。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和系统中电容元件组成。
2.铁磁谐振过电压。谐振回路由带铁芯的电感元件如空载变压器、电压互感器和系统的电容元件组成,因铁芯电感元件的饱和现象,使回路电感参数是非线性的,当满足一定谐振条件时产生铁磁谐振。
3.参数谐振过电压。由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成回路,当参数配合时,通过电感的周期性变化,不断向谐振系统输送能量,造成谐振过电压。
限制谐振过电压的措施:
1.提高断路器动作的同期性。防止非全相运行时产生谐振过电压。2.在并联高压电抗器中性点加装小电抗,阻断非全相运行工频电压的传递及串连谐振。
3.破坏发电机产生自励磁的条件,防止谐振过电压。
工频过电压产生的原因:
1.由于长线路电容效应及电网运行方式的突然改变引起工频过电压,特点是持续时间长,过电压倍数不高,对设备绝缘威胁不大,但对超高压、远距离输电确定绝缘水平起重要作用。
2.不对称短路引起的工频过电压,在单相或两相不对称短路时,非故障相的电压可达到较高值。
3.突然甩负荷引起的工频电压升高。原因有:①线路输送大功率时,发电机电势高于母线电压,甩负荷后,发电机的磁链不能突变,在短时间内维持输送大功率的暂态电势,导致工频电压升高。②线路末端断路器跳闸后,空载线路仍由电源充电,电容效应显著,导致工频高压。③甩负荷后发电机转速增加造成电势和频率上升,工频电压上升严重。
限制工频过电压的措施有:
1.并联高压电抗器补偿空载线路的电容效应。
2.静止无功补偿器补偿空载线路电容效应。
3.变压器中性点直接接地降低不对称故障引起的工频电压升高。
4.发电机配置性能良好的励磁调节器或调压装置,使发电机甩负荷时抑制容性电流对发电机助磁电枢反应。防止过电压的产生和发展。
5.发电机配置反应灵敏的调速系统,甩负荷时限制发电机转速的上升造成的工频过电压。
大气过电压又称为外部过电压,包括对设备的直击雷过电压和雷击于设备附近时在设备上感应的过电压。为防止直击雷对变电站设备的侵害,变电站装有避雷针和避雷线。为防止进行波的侵害,按电压等级装阀型避雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器和与此配合的进线保护段,即架空地线、管型避雷器或火花间隙,在中性点不接地系统中装消弧线圈,可减少雷击跳闸次数。所有防雷设备都装有可靠的接地装置。防雷装置的主要功能是引雷、泄流、限幅、均压。
过电压可能引起电气设备绝缘弱点的闪络及电气绝缘的损坏甚至烧毁。在超高压系统中,内部过电压是反映绝缘水平的主要因素之一,因此了解过电压产生的原因采取相应限制过电压措施对电力系统运行及检修人员是十分必要的。