過電壓產(chǎn)生的危害及防止措施

1、 編號： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代遠程教育中國農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代遠程教育 畢業(yè)論文（設(shè)計）畢業(yè)論文（設(shè)計） 論文題目：過電壓產(chǎn)生的危害及防止措施論文題目：過電壓產(chǎn)生的危害及防止措施 學(xué)學(xué) 生生 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 專專 業(yè)業(yè) 層層 次次 批批 次次 學(xué)學(xué) 號號 學(xué)習(xí)中心學(xué)習(xí)中心 工作單位工作單位 年年 月月 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院制中國農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院制 目目 錄錄 摘要摘要.3 前言前言.4 1 過電壓的基本概念過電壓的基本概念.4 1 11 1 過電壓的定義過電壓的定義 .4 1 12 2 過電壓的分類過電壓的分類 .4 2 過電壓的危害過電壓的危害.5 2 21 1 雷擊過電壓的危害雷擊過電壓的危

2、害 .5 2 22 2 操作過電壓的危害操作過電壓的危害 .6 2 23 3 暫態(tài)過電壓暫態(tài)過電壓 .7 3 過電壓的防止措施過電壓的防止措施.8 3 31 1 變電站倒閘操作變電站倒閘操作 .8 3.1.13.1.1 切斷空載線路過電壓切斷空載線路過電壓 .8 3.1.23.1.2 切斷空載變壓器的過電壓切斷空載變壓器的過電壓 .9 3.1.33.1.3 電弧接地過電壓電弧接地過電壓 .10 3.1.43.1.4 鐵磁諧振過電壓鐵磁諧振過電壓 .11 3.1.53.1.5 電磁式電壓互感器飽和過電壓電磁式電壓互感器飽和過電壓 .11 3 32 2 雷電雷電.12 4 過電壓保護設(shè)備及其保護原

3、理、作用過電壓保護設(shè)備及其保護原理、作用.13 4 41 1 避雷器避雷器 .13 4 42 2 避雷針避雷針 .14 4 43 3 避雷線避雷線 .14 4 44 4 放電間隙放電間隙 .15 結(jié)束語結(jié)束語.15 參考文獻參考文獻.15 摘要摘要 電力系統(tǒng)過電壓是危害電力系統(tǒng)安全運行的主要因素之一，過電壓一旦發(fā) 生，往往造成電氣設(shè)備損壞和大面積停電事故。過電壓來自兩個方面，一種是 遭受雷擊產(chǎn)生的外部過電壓，另一種是操作和事故時引起的內(nèi)部過電壓，主要 是操作過電壓。過電壓的數(shù)值與電力網(wǎng)和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)容量及參數(shù)、中性點接地 方式、 斷路器性能等有關(guān)。通常采用避雷器、避雷針、避雷線等方法限制外部 過

4、電壓。而對于內(nèi)部過電壓，針對操作中產(chǎn)生過電壓的形式可采取不同的控制 措施，如對于諧振過電壓，可采用并聯(lián)電阻或改變系統(tǒng)運行參數(shù)的方法加以限 制，對于電弧接地過電壓，則產(chǎn)用將系統(tǒng)中性點直接接地的方法等，以達到保 證設(shè)備安全、系統(tǒng)安全、人員安全的目的。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：過電壓 危害 防止 限制 前言前言 本系統(tǒng)擁有近二十座110kV、35 kV微機綜合自動化變電站，吸收xxx、xxx、xxx三個大 型發(fā)電廠及若干小電廠的電能向xx區(qū)供電，并通過重慶xxx變電站同國網(wǎng)相聯(lián)，是一個具有 較高綜合自動化水平的大中型電網(wǎng)。但設(shè)備多，接線復(fù)雜，且各變電站的設(shè)備型號不一， 如果發(fā)生過電壓必將引起電網(wǎng)絕緣溥弱環(huán)節(jié)

5、擊穿，引發(fā)嚴重的電氣事故。因此，必須，采 取防護措施。本系統(tǒng)采用性能優(yōu)良的避雷器、選用滅弧能力強的高壓為路器，提高斷路器 動作的同期性，在斷路器斷口加裝并聯(lián)電阻、使電網(wǎng)中性點直接接地運行等方法對過電壓 加以限制。 1 1 過電壓的基本概念過電壓的基本概念 電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備在運行過程中，除了受到長期的工作電壓的作用（要求它能長 期耐受、不損壞、也不會迅速老化）外，還會受到比工作電壓高得多的過電壓的短時作用。 1 11 1 過電壓的定義過電壓的定義 電力系統(tǒng)正常運行時，電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓下，但是，由于雷電、操 作、故障或參數(shù)配合不當(dāng)?shù)仍?，會使電力系統(tǒng)中某些部分的電壓突然升高，成

6、倍地超過 其額定電壓，此種電壓升高的即稱為過電壓。 1 12 2 過電壓的分類過電壓的分類 過電壓總體上可以分為外部過電壓（又稱為大氣過電壓）和內(nèi)部過電壓。 大氣過電壓是由直擊雷引起的，特點是持續(xù)時間短暫，沖擊性強，與雷電活動強度直 接相關(guān)，而與設(shè)備電壓等級無關(guān)。它根據(jù)雷擊的位置不同分為直擊雷過電壓、感應(yīng)雷過電 壓侵入波過電壓。 直擊雷過電壓。是雷電放電進，直接擊在輸電線路、桿塔或建筑物。大量雷電流通過 被擊中物體，經(jīng)被擊中物體的阻抗接地，在阻抗上產(chǎn)生電壓降，使被擊點出現(xiàn)很高的電位。 損壞電氣設(shè)備或送電線路的絕緣。變電站和送電線路通常采用避雷針、避雷線作為直擊雷 保護。 感應(yīng)雷過電壓。雷雨季節(jié)

7、空工出現(xiàn)雷云進，雷云帶有電荷，對地及地面上的一些導(dǎo)電 物體都會有靜電感應(yīng)，地面和附近輸電線路都會感應(yīng)出異種電荷，當(dāng)雷云對地面或其他物 體放電時，雷云的電荷迅速流動地中，輸電線上的感應(yīng)電荷不再受束縛而迅速流動，電荷 的迅速流動產(chǎn)生感應(yīng)雷電波，其電壓也很高，其幅值可達500600Kv，它對電氣設(shè)備絕緣的 破壞性很大。這種情況下產(chǎn)生的就是感應(yīng)雷過電壓，感應(yīng)過電壓對35 kV以下的送電線路和 電氣設(shè)備威脅很大，常因感應(yīng)雷而引起事故。根據(jù)多年運行經(jīng)驗，變電所避雷針遭受直擊 雷時，附近三相母線將產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，使35 kV的絕緣子和10 kV的絕緣子閃絡(luò)引起事故 的情況偶有發(fā)生，特別是配電系統(tǒng)由于感應(yīng)過電

8、壓引起的事故是較多的，因此，對感應(yīng)過 電壓的危害也應(yīng)引起足夠的重視。 內(nèi)部過電壓是由于操作（合閘、拉閘） 、事故、 （接地、斷線等）或其他原因，引起電 力系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生突然變化，出現(xiàn)從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)談為另一種穩(wěn)定狀態(tài)的過程，在這個 過程中可能產(chǎn)生對系統(tǒng)有威脅的過電壓。這些過電壓是系統(tǒng)內(nèi)部電磁能的振蕩和積聚所引 起的，所以叫內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓可分為操作過電壓和諧振過電壓。操作過電壓出現(xiàn) 在系統(tǒng)操作或故障情況下。諧振過電壓是由于電力網(wǎng)中的電容元件和電感元件（特別是帶 鐵芯的電感元件）參數(shù)的不利組合諧振而產(chǎn)生的。其中操作過電壓還可細分為切除空載線 路引起的過電壓、空載線路合閘引起過電壓、系統(tǒng)解列

9、過電壓以及電弧接地過壓物切除空 載變壓器的過電壓。諧振過電壓也可進一步細分為工頻過電壓（由長線電容效應(yīng)、不對稱 接地故障、甩負荷引起）和諧振過電壓（包括線性諧振、鐵磁諧振和參數(shù)諧振）等。 內(nèi)部過電壓其幅值可達34倍相電壓，常常會造成電氣設(shè)備的損壞，引起事故。因此必 須采取相應(yīng)的措施限制內(nèi)部過電壓的幅值，以保證電力系統(tǒng)安全運行。 2 2 過電壓的危害過電壓的危害 2 21 1 雷擊過電壓的危害雷擊過電壓的危害 雷擊過電壓引起暫態(tài)高電壓或過電壓常常通過網(wǎng)絡(luò)線路藕合或轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，造 成設(shè)備損壞。對于中性點不接地的分級絕緣變壓器，當(dāng)雷電波從線路侵入變電站到達變壓 器中性點、系統(tǒng)單相接地、非全相運

10、行、特別是變壓器勵磁電感與線路電容諧振時，會產(chǎn) 生較高的雷電過電壓或工頻過電壓，對分級絕緣變壓器中性構(gòu)成威脅，甚至使絕緣損壞。 特別地，雷電放電所產(chǎn)生的雷電流高達數(shù)十、甚至數(shù)百千安，它將引起巨大的電磁效 應(yīng)、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)。從電力工程的角度來看，最值得我們注意的有兩個方面：首先， 雷電放電在電國系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓（亦稱為大氣過電壓） ，它是造成電力系統(tǒng)絕 緣故障和停電事故的主要原因之一；其次雷電放電所產(chǎn)生的巨大電流，有可能使被擊物體 炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動力引起機械損壞。 雷擊過電壓又分為縱向過電和橫向過電壓 1）縱向過電壓的：在平衡線路某點出現(xiàn)的對地過電壓稱為縱向過電壓。

11、地電位上升起 電壓，可看作是從地系統(tǒng)侵入的縱向過電壓。 2)橫向過電壓：在平衡電路線與線之間，或不平衡線路的線與地之間出現(xiàn)的過電壓稱 為橫向過電壓。連接對稱平衡傳輸線路的設(shè)備由于線路中的兩線分別對地的縱向過電壓不 平衡，或因縱向防護元件動作時間的差異，都會導(dǎo)致橫向過電壓的產(chǎn)生。連接同軸電纜系 統(tǒng)的電子設(shè)備，縱向過電壓即為橫向過電壓。 本系統(tǒng)具有較高的自動化水平，多數(shù)變電站為微機綜合自動化變電站。電子元件越來 越多地取代了老式的電磁元件。過電壓對電子元件的損壞已不容忽視?？v向沖擊對平衡電 路中設(shè)備元件的損壞有：損壞跨接在線與地之間的元部件或其絕緣介質(zhì)，擊穿在線路和設(shè) 備間起阻抗匹配作用的變壓器匝

12、間、層間或線對地絕緣等。橫向沖擊則同信息一樣，可在 電路中傳輸，損壞內(nèi)部電路的電容、電感、及耐沖擊能力差的固體元件。設(shè)備中元部件遭 受雷擊損壞的程度，取決于不同的絕緣水平及受沖擊的強度。對具有自行恢復(fù)能力的絕緣， 擊穿只是暫時的，一旦沖擊消失，絕緣很快得到恢復(fù)，有些非自行恢復(fù)的絕緣介質(zhì)，如果 擊穿后只流過很小的電流，常不會立即中斷設(shè)備的運行，但隨時間的推移，元部件受潮， 其絕緣逐漸下降，電路特性變壞，最后將使電路中斷。 有的設(shè)備元件如晶體管的集電極與發(fā)射極與基極，若發(fā)生反向擊穿，就出現(xiàn)了永久性 損壞。對易受能量損壞的元器件，受損壞程度主要取決于流過其上的電流及持續(xù)時間。 2 22 2 操作過電

13、壓的危害操作過電壓的危害 電力系統(tǒng)改變設(shè)備的運行狀態(tài)、系統(tǒng)運行方式以及事故處理均是通過倒閘操作實現(xiàn)的， 而其本質(zhì)是通過跳合開關(guān)（斷路器）來達到目的。倒閘操作是變電運行工作中不可或缺的 重要組成部份。隨著電力系統(tǒng)物迅速發(fā)展，真空斷路器在我國已經(jīng)大批量地生產(chǎn)和使用， 本站35 kV及10 kV均采用真空斷路器，真空斷路器具有運行可靠性高、維護量少、操作方 便等特點，但在運行操作過程中，過電壓對其損害較大。 1）截流過電壓：由于真空斷路器具有良發(fā)的滅弧性能，當(dāng)開斷小電流時，電弧在過零 前熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞組中的能量必然向繞組中的雜散電 容充電，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰?。對于電機和變

14、壓器，特別是空載或容量較小時，則相當(dāng)于一個 大的電感，且回路電容量較小，因此會產(chǎn)生高的過電壓，特別是開斷空載變壓器時更危險。 從理論上講可以產(chǎn)生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻，產(chǎn)生損耗以及發(fā) 生擊穿，對過電壓值有相當(dāng)?shù)囊种谱饔?。但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷小電 流時出現(xiàn)的過電壓。因此特別對感應(yīng)負載在采用真空斷路器作為操作元件時；應(yīng)加裝過電 壓保護設(shè)備。 2)多次重燃過電壓。多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向電機電源 充電而產(chǎn)生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側(cè)為工頻電源，另一側(cè)為LC回 路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就

15、會使弧隙之間發(fā)生擊 穿，斷路器的恢復(fù)電壓就會升高。如時觸頭開距不夠大，就會發(fā)生第二次重燃，再滅弧， 再重燃，以至發(fā)生多次重燃現(xiàn)象。多次的充放電振蕩，使觸頭間的恢復(fù)電壓逐漸升高，負 載端的電壓也不斷升高，致使產(chǎn)生多次重燃過電壓，損壞電氣設(shè)備。 3）三相開斷過電壓。三相開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產(chǎn)生重燃時，流過 該相綿弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，致使末開斷相隨之被切 斷，在其他兩相弧隙中產(chǎn)生類似較大水平的截流現(xiàn)象，從而產(chǎn)生更高的操作過電壓，產(chǎn)生 的過壓加在相與相之間的絕緣上。在開斷中，小容量電機或輕負荷情下容易出現(xiàn)三相開斷 過電壓。對母線支撐件，套管以及所連接的二

16、次設(shè)備產(chǎn)生影響。 2 23 3 暫態(tài)過電壓暫態(tài)過電壓 分為工頻過電壓和諧振過電壓。其中諧振過電壓在正常運行操作中出現(xiàn)頻繁，其危害 性較大，過電壓一旦發(fā)生，往往造成電氣設(shè)備損壞和大面積停電事故。許多運行經(jīng)驗表明， 中、低壓電網(wǎng)中過電壓事故大多數(shù)都是諧振現(xiàn)象引起的。由于諧振過電壓的作用時間較長， 在選擇保護措施方面造成困難，為了盡可能地防止諧振過電壓，在設(shè)計、操作電網(wǎng)時，應(yīng) 先事先進行必要的估算和安排，避免形成嚴重的串聯(lián)諧振回路?；虿扇∵m當(dāng)?shù)姆乐怪C振的 措施。諧振過電壓輕者令電壓互感器和熔斷器熔斷、匝間短路或爆炸，重者發(fā)生避雷器爆 炸、母線短路、廠用電失電等嚴重威脅電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備運行安全的事故

17、。 3 3 過電壓的防止措施過電壓的防止措施 3 31 1 變電站倒閘操作變電站倒閘操作 變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，倒閘操作是變電運行工作的主要內(nèi)容，分別針對 變電站內(nèi)部產(chǎn)生過電壓的五種原因提出限制過電壓措施及方法，能指導(dǎo)運行人員正確理解 控制措施的原理和正確進行倒閘操作，以達到限制過電壓的目的。 3.1.13.1.1 切斷空載線路過電壓切斷空載線路過電壓 切斷空載線路是常見的倒閘操作，一條供電線路兩端開關(guān)，其分閘時間總是存在著一 定的差異（一般約為0。010。5秒） ，所以無論是正常操作或故障操作，都有可能出現(xiàn)切除 空載線路的情況，實踐證明，在使用斷路器的滅弧能力不夠強，以至電弧在觸頭

18、間重燃時， 切斷空載空載線路過電壓就比較多，電弧在觸頭間重燃是產(chǎn)生這種過電壓的根本原因，過 電壓會使線路絕緣閃絡(luò)或擊穿。在切除電容器組時也會發(fā)生類似的過電壓。切斷一條不太 長空載線路，可用圖一的等值電路來代替。其中L是線路電感和電源漏感，C是線路對地電 容?？蛰d線路屬于容性負荷，空載線路電流過零時，空載線路的電壓恰好為最大值。當(dāng)斷 路器切斷空載線路時，斷路器觸頭的分離可能在電源相位角為任何數(shù)值時發(fā)生，如是此時 的電流不為零，觸頭之間就會產(chǎn)生電弧，線路就沒有被切斷。通常交流電弧要在電流過零 時，加上斷路器滅弧室的作用才能熄。在斷開空載線路時，由于斷路器觸頭間的電弧可能 出現(xiàn)反復(fù)重燃，從而使線路上

19、產(chǎn)生較高的過電壓，這種過電壓有可能引起供電系統(tǒng)內(nèi)部的 絕緣薄弱點閃絡(luò)造成絕緣薄弱部位擊穿，甚至使斷路器的觸頭燒毀。 K L C 圖一 限制過電壓措施： （1）提高斷路器的滅弧性能，特別是切斷小電流的性能，可以減少甚至消除電弧重燃 的可能性，從而降低或根本上消除空載線路過電壓。(2)采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)，如圖二所 示。 1 R 2 圖二 斷路器斷開線路時，是逐級開斷的。主斷口1先分，并聯(lián)電阻自動并在主斷口旁。由于 電阻R連接在電源與線路之間，線路上電荷經(jīng)電陰R向電源泄放，泄放電流經(jīng)R的壓降即主斷 口的恢復(fù)電壓。如果R取得足夠小，就可減少主斷口的恢復(fù)電壓，減少重燃的可能性。在主 斷口開斷后過一斷時

20、間（約12個工頻周波） ，輔助斷口2也分開，最后切斷空載線路。 即使在分閘時電弧重燃，由于并聯(lián)電阻R的阻尼作用，過電壓也不會大。當(dāng)合閘時，先合 2，使電源與空載線路先經(jīng)過R接通，減少了1上的電位差，然后再合1，就會使合閘過電壓 降低。當(dāng)采用并聯(lián)電阻后，在最不利的時刻發(fā)生重燃，過電壓實際只有2。28倍。 3.1.23.1.2 切斷空載變壓器的過電壓切斷空載變壓器的過電壓 斷路器能在變壓器有載，甚至二次側(cè)短路的情況下切斷電路，而不產(chǎn)生過電壓，但在 切斷空載變壓器的情況下，卻可有出現(xiàn)過電壓，這是因為切斷有載變壓器時，斷路器強迫 運行中變壓器一次繞組中的電流中斷時，由于磁場的變化，使二次繞組中感生很大

21、的，阻 撓磁場改變的電流，所以它的磁場能量變化得到了平衡，因此，不會發(fā)生過電壓的現(xiàn)象。 但是，切斷變壓器的空載電流則不同，由于二次繞組中沒有感應(yīng)很大的、阻撓磁場改變的 電流，使為數(shù)不大的變壓器的空載電流被迫立即下降到零，于是在變壓器的激磁電感上， 一次將感生很高的電壓，引起母線和線路上絕緣薄弱部分出現(xiàn)事故。根據(jù)國內(nèi)運行統(tǒng)計資 料，在中性點接地系統(tǒng)一般不超過三倍相電壓；在中性點不接地（或經(jīng)消弧線圈接地）系 統(tǒng)一般不超過四倍相電壓。 限制過電壓措施：（1）切斷空載變壓器過電壓，頻率高，持續(xù)時間短，能量小，限 制容易。因此，可使用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)（因為并聯(lián)電阻能夠使變壓器磁場能量得以釋放） ， 或用

22、防護大氣過電壓的避雷器來限制。為此目的而裝設(shè)的避雷器，冬季不宜退出運行。 （2）將被切空載變壓器帶有一段電纜或架空線，這就等于加大了開關(guān)中流過的電容電流， 會使變壓器的特性阻抗減小，故在截流值一定時，過電壓將降低。 3.1.33.1.3 電弧接地過電壓電弧接地過電壓 在中性點不接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生一相接地故障時，常出現(xiàn)電弧，由于系統(tǒng)中存在線路 電容和電壓互感器電感，極有可能引起線路某一部分振蕩，當(dāng)電流經(jīng)振蕩點或工頻零點時， 電弧可能暫時熄滅，之后當(dāng)事故相上電壓升高后，電弧則可能重燃，這種斷斷續(xù)續(xù)的、熄 滅和重燃交替進行的對地放電，將造成在正常相及事故相上出現(xiàn)過電壓，使系統(tǒng)內(nèi)的絕緣 薄弱部分有可能

23、遭受擊穿放電。單相接地故障在系統(tǒng)中出現(xiàn)的機會較多，因而引起這種過 電壓的可能性是很大的，故應(yīng)對其危害有足夠重視。 限制過電壓措施：（1）為消除電弧接地過電壓，可以將中性點直接接地。這樣，電荷 可以通過接地點放掉，從而消除這種過電壓。在發(fā)生單相接地故障時，形成很大的單相短 路電流，使回路跳閘，切除故障后再恢復(fù)供電。目前110Kv以上電網(wǎng)大都采用中性點直接接 地的運行方式。在采用了中性點直接接地的電網(wǎng)中，各種形式的操作過電壓均比中性點絕 緣的電網(wǎng)低。但如在電壓較低，電網(wǎng)中采用中性點直接接地的運行方式時，則會招致事故 頻繁、操作次數(shù)多，故采用中性點絕緣運行方式，當(dāng)電容電流超過5A時，電弧不易熄滅，

24、易采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。 （2）采用消弧線圈消除電弧接地過電壓。消弧 線圈是一個具有鐵芯的可調(diào)電感線圈，裝設(shè)在變壓器或發(fā)電機的中性點，當(dāng)發(fā)生單相接地 故障時，可形成一個與接地電容電流大小接近相等的而方向相反的電感電流，這個滯后電 壓90的電感電流與超前90的電容電流相互補償，最后使流經(jīng)接地處的電流變得很小以 至于等于零，降低故障相上的恢復(fù)電壓，減少重燃電弧的可能性，從而消除了接地處的電 弧以及由它所產(chǎn)生的危害。 3.1.43.1.4 鐵磁諧振過電壓鐵磁諧振過電壓 由于電力系統(tǒng)存在一些電感元件，形成了非線性電路，當(dāng)滿足諧振條件時， （操作、故 障所致） ，會引起過電壓，它是一種穩(wěn)態(tài)

25、現(xiàn)象，其持續(xù)時間較長，可以直到進行新的操作使 諧振條件被破壞而終止。因此，這類過電壓，往往會造成嚴重后果。故必須在操作前與設(shè) 計時先進行必要的考慮，或采取一定措施來防止其發(fā)生或限制其存在的時間，以免形成諧 振回路。圖三給出最簡單的 R 、C 和有關(guān)電感 L 的電路。 E RC L 圖 三 假設(shè)在正常運行條件下，開始電路運行在感性工作狀態(tài)，感抗大于容抗，電路不具備 諧振的條件。但是，當(dāng)鐵芯電感兩端的電壓有所升高時，電感線圈中出現(xiàn)涌流就可能使鐵 芯飽和，其電感將隨之減少，當(dāng)感抗等于容抗時，即達到串聯(lián)諧振條件，在電感、電容兩 端形成過電壓。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生斷線故障或不對稱開斷故障時，線路末端又接有空

26、載 （或輕載）的中性點不接地的變壓器，將及易形成串聯(lián)諧振，發(fā)生過電壓。發(fā)生這種過電 壓，常引起避雷器爆炸、燒壞電壓互感器和絕緣子，或使接于該變壓器的小功率電動機反 轉(zhuǎn)。為防止此類事故，不使用分相操作的斷路器及熔斷器，并避免變壓器空載或輕載（負 荷在額定容量20%以下）運行。 3.1.53.1.5 電磁式電壓互感器飽和過電壓電磁式電壓互感器飽和過電壓 在中性點絕緣的系統(tǒng)中，母線上只帶電壓互感器而不帶線路（或很短線路）的情況下， 可能發(fā)生一些異常現(xiàn)象。例如在2005年4月26日，本站因上級變電站事故停電，在恢復(fù)送電 時，35Kv線路上只帶電壓互感器，發(fā)現(xiàn)電壓互感器指示的相電壓，有兩相對地電壓同時升

27、 高，并且電壓表指針擺動嚴重，接地報警器發(fā)出接地報警，電壓互感器的熔斷器熔斷。長 時間這種情況能引起絕緣閃絡(luò)或避雷器爆炸，這是由于電壓互感器飽和而產(chǎn)生的過電壓現(xiàn) 象。當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生沖擊擾動時，使一相或兩相電壓瞬時升高，由于電壓互感器的激磁抗是 非線性的，可能使兩相勵磁電流突增而使其飽和，相應(yīng)的它們的電感值也減小。這樣，由 于三相對地負載不平衡，故使電網(wǎng)中性點出現(xiàn)位移電壓，假設(shè)參數(shù)配合使感抗與容抗相等， 便產(chǎn)生了串聯(lián)諧振現(xiàn)象，使中性點位移電壓急劇上升，此電壓疊加于三相電源上，通常是 使兩相對地電壓升高，一相對地電壓降低。這種過電壓在線路發(fā)生短路、斷路器突然將此 線路切除，或利用斷路器向母線充電時，

28、均能激發(fā)。而且持續(xù)時間長，直到操作斷路器改 變了系統(tǒng)工作狀態(tài)，所以不能用避雷器限制它。消除它的有效措施有：在互感器三角繞組 開口端接入一個電阻R，使諧振不能產(chǎn)生，R的值35Kv以下電網(wǎng)中一般在10100歐姆的 范圍內(nèi)。此外，選用激磁性能較好的電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器；特殊情況下， 可采用臨時倒閘措施，如投入事先規(guī)定好的某些線路與設(shè)備或電容器，以增加對地電容， 使諧振不能發(fā)生。 3 32 2 雷電雷電 雷電是大自然中最宏偉壯觀的氣體放電現(xiàn)象，其放電時引起的過電壓和短路電流，均 對電力系統(tǒng)的安全運行構(gòu)成巨大威脅。 電力系統(tǒng)外部過電壓的形式主要有直擊雷過電壓、感應(yīng)雷過電壓和侵入雷電波過電壓

29、， 它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故、及設(shè)備損壞的主要原因之一。為了防止直擊雷對 變電站設(shè)備的侵害，變電站裝有避雷針或避雷線和避雷器帶等來保護被保護對象，但常用 的量避雷針。為了防止進行波的侵害，按照相應(yīng)的等級裝設(shè)閥型避雷器、磁吹避雷器和氧 化鋅避雷器和與此相配合的進線保護段，即架空地線、管型避雷器中火樺間隙，在中性點 不直接接地系統(tǒng)裝設(shè)消弧線圈可減少線路雷擊跳閘次數(shù)。通常采用保護間隙或避雷器等防 雷保護設(shè)備與被保護設(shè)備并聯(lián)連接，保護電氣設(shè)備免遭入侵雷電波損壞。為了防止感應(yīng)過 電壓，旋轉(zhuǎn)電機還裝設(shè)有保護電容器。同時為了可靠地防雷，所有以上設(shè)備都必須裝設(shè)可 靠的接裝置。防雷設(shè)備的功能是引雷、泄

30、流、限幅，均壓。 4 4 過電壓保護設(shè)備及其保護原理、作用過電壓保護設(shè)備及其保護原理、作用 4 41 1 避雷器避雷器 避雷器：廣泛使用在電氣設(shè)備及線路中，避免雷電和操作過電壓下發(fā)生閃絡(luò)或擊穿， 按結(jié)構(gòu)可分為管型避雷器（包括一般管型和新型） 、閥型避雷器（包括普通閥型和磁吹型） 和氧化鋅避雷器。其保護原理是在過電壓超過一定幅值時動作，給雷電流提供一個低阻抗 的通路，使其泄放到大地，從而限制了電壓的升高，保障了線路設(shè)備的安全。 管型避雷器。它有兩個間隙，一個裝在產(chǎn)氣管內(nèi)，叫內(nèi)部間隙；一個裝在管外，叫外 部間隙。內(nèi)部間隙又叫滅弧間隙，由裝有管外的棒形電極和管口的環(huán)形電極組成。成雷電 波的作用下，內(nèi)

31、、外部間隙擊穿放電。間隙放電后，在工頻電壓作用下，工頻短路電流 （工頻續(xù)流）繼續(xù)通過間隙，其高溫電弧使產(chǎn)氣管內(nèi)壁產(chǎn)生大量氣體，壓力很高，氣體由 放氣孔急驟放出，電弧受到縱向吹動而熄滅。其熄弧能力與工頻續(xù)流大小以及所采用的管 子材料、內(nèi)徑和內(nèi)間隙大小有關(guān)。因此使用時必須核算安裝在各種運行情況下短路電流的 最大值和最小值，其熄弧電流上、下限應(yīng)分別大于和小于短路電流的最大值和最小值。 閥型避雷器。它由放電間隙和閥片（非線性電阻）兩個基本元件串聯(lián)組成，全部裝在 密封的瓷套內(nèi)，瓷套上端用引線與電網(wǎng)導(dǎo)線（或母線）相連，下端經(jīng)引線接地。在電力系 統(tǒng)正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，避免由母線的工作電

32、壓在電阻閥片中產(chǎn) 生的電流使閥片燒壞。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時，間隙隙擊穿， 沖擊電流通過閥片流入大地。由于閥片的非線性特性，在閥片上的壓降（稱為殘壓）將得 到限制，使其低于被保護設(shè)備的沖擊耐壓，電氣設(shè)備就得到了保護護。當(dāng)過電壓消失，間 隙中由于工作電壓產(chǎn)生的工頻電弧電流（稱為工頻續(xù)流）仍將繼續(xù)流過避雷器，此續(xù)流受 閥片電阻的非線性特性所限制，較沖擊電流為小，使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時 將電弧熄滅。此后，依靠間隙的絕緣強度能夠耐受電網(wǎng)恢復(fù)電壓的作用而不發(fā)生重燃。這 樣，避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流的切斷不超過半個工頻周期的時間，繼電保護來不及動 作，電力系統(tǒng)已經(jīng)恢復(fù)正

33、常。 金屬氧化鋅避雷器。是一種新型保護設(shè)備，其內(nèi)部元件由中間穿孔的環(huán)形氧化鋅電阻 片構(gòu)成，穿孔中穿有一根有機絕緣棒，兩端用螺栓緊固而成，內(nèi)部元件裝入瓷套內(nèi)，上、 下兩端一個壓緊彈簧壓緊。瓷套兩端法蘭各有一壓務(wù)釋放出來，以防瓷套爆炸和損壞其他 其他設(shè)備。避雷器根據(jù)電壓高低可用若干元件組成，頂部裝有均壓環(huán)，底部裝有絕緣基礎(chǔ)， 用來安裝避雷器的動作記錄器和動作電流幅值記錄裝置。其最大特點是其壓敏電阻片（閥 片）構(gòu)成，不用串聯(lián)間隙。它具有理想的非線性伏安特性，其非線性系數(shù)很?。?0。05） ， 已接近理想的閥體（=0） 。它在工頻電壓值可呈現(xiàn)極高的電阻值，使工頻續(xù)流很小，不再 需要火花間隙來熄滅工頻續(xù)

34、流。壓敏電阻的通流容量很大，因此這種避雷器的體積很小。 本站避雷器均選用此種類型。 選擇避雷器的原則：1）母線上接有主變壓器者，母線上應(yīng)為電站避雷器；2）架空線 路或電纜線路用避雷器均為配電避雷器；3）無主變變壓器的配電母線上，一般可裝配避雷 器。 避雷器應(yīng)以最短的接地線與變電所的主接地網(wǎng)相連接。 （包括通過電纜金屬外皮連接） 。 還應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。310Kv配電所，當(dāng)無所用變壓器時，可僅在每路架空進 線上裝設(shè)閥型避雷器。 4 42 2 避雷針避雷針 避雷針：主要用于防止直擊雷對變電設(shè)備的侵害。避雷針之所以能防雷，是因為雷云 先導(dǎo)發(fā)展的初始階段，因其離地面較高，其發(fā)展方向會受一些偶然因素的影響，而不固定。 但當(dāng)它離地面達到一定高度時，地面上高聳的避雷針因靜電感應(yīng)聚集了雷云先導(dǎo)性的大量 電荷，使雷電場畸變，因而將雷云放電的通路由原來可能向其他物體發(fā)展的方向，吸引到 避雷器本身，通過上下引線和接地裝置將雷電波放入大地，有效地防止了直地擊雷。避雷 針由避雷針針頭、引流體和接地體三部分組成，一般高于被保護物，當(dāng)雷云先導(dǎo)放電臨近 地面時首先擊中避雷針，避雷針中的引流體將雷電流安全引入地中，從而保護了某一范圍 內(nèi)的設(shè)備。避雷針的接地裝置的作用是減小泄流途徑上的電阻值，降低雷電沖擊電流在避 雷針上的電壓降。 4 43 3 避雷線避雷線 避