摘要：随着经济的不断发展，各地区的用电量正在稳步上升，江苏电网已有超过500座的220kV变电站，220kV变电站早就成为电网中的重要一环。但是在实际的变电站操作过程中难免因为某些主观或者客观因素，出现过电压的情况，为了有效应对这种情况的发生，需要有关生产单位提前制定防范措施，并根据实际发生情况进行具体原因的调查，有针对性地解决问题。下面文章中将会就相关问题进行相应的阐述。
关键词：220kV变电站；过电压；问题与防范
在我国国家电力能源传送网络系统不断完善和健全的带动和影响下，220kV变电站的电力能源传输方式已经成为电力公司当中较为主要和关键的能源传输技术。但由于受到各种主客观因素的影响，我国各220kV变电站在运行过程当中经常会出现过电压的安全故障现象。为全面提升220kV变电站的安全运行，采取必要技术和管理措施防止过电压现象的发生，就成为了相关技术人员的重点研究内容。
1 220kV变电站过电压现象的含义
在220kV变电站正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压下，但是，由于雷击、操作、故障或参数配合不当等原因，电力系统中某些部分的电压可能升高，有时会大大超过正常状态下的数值，此种电压升高称为过电压。过电压分为大气过电压和内部过电压。内部过电压是由于操作（合闸、拉闸）、事故（接地、断线等）或其他原因。引起电力系统的状态发生突然变化，出现从一种稳态转变为另一种稳态的过程，在这个过程中可能产生对系统有威胁的过电压。内部过电压可分为操作过电压和谐振过电压。操作过电压出现在系统操作或故障情况下，谐振过电压是由于电力网中的电容元件和电感元件（特别是带铁芯的电感元件）参数的不利组合谐振而产生的。过电压形成的原因很多，因此要先确认220kV变电站运行操作中发生过电压的原因，再采取相应措施。
2 过电压分析
2.1 空载变压器操作过电压
变压器空载运行是指对应变压器一次绕组接入电源，二次绕组开路的工作状况。空载电流就是在相关变压器进行空载运行时在一次绕组接通电源之后出现的电流，该电流一般称作是励磁电流。若相关空载变压器被切除之后，电流极小时断路器则就会由于游离状况而出现截流的情况，这样的情况又被称作是熄弧现象。在出现熄弧现象时的变压器极有可能存在过电压。投切空载变压器时对应T型等值电路，C表示变压器绕组和连接母线对地电容，被称之为寄生电容，其对应值是取决于实际情况，L表示变压器绕组的对应电感。
式（1），XT表示为对应变压器电抗，Xm表示变压器的对应激磁电抗，Xσ表示变压器的漏电抗，因为其Xm＞Xσ，所以XT≈Xm。
处于不计耗损的理想情况之下，在对应断路器截流，因为其相关截流会留在电感中磁场能量转换为电容上对应电场能量，这是电容上的对应电场能量可以是：
（2）式中，Wco表示对应电容初始能量，I0表示截流时瞬间的变压器空载电流有效数值，CUco表示对应电容初始电压，Ucmax表示对应截流过电压，Wco以及Uco通常都是较小的，其可以忽略不计，最终可得：
2.2 母线系统谐振过电压
母线系统谐振过电压的原因主要是由于变电站进行分闸操作或者发生故障的时候，主变压器和PT等电感线圈的铁芯发生了饱和，在此状态下满足了产生谐振的条件。对于母线系统的谐振包括了串联、并联谐振两种情况。在220kV变电系统中包括多种情况，比如大电流接地、小电流接地、中性点不接地等等。系统运行时，若PT铁芯的非线性电感发生大的变化的时候，就会有比较大的机率产生谐振现象，同时出现振过电压。主要的表现为PT发生异常的声响、母线单相或多相电压提高、PT开口三角形电压升高等等。严重的情况还会导致过电压击穿系统绝缘的防护，母线PT因电流过大而被烧毁。
3 过电压问题的防范措施
3.1 改进220kV变电站系统设备
220kV变电站的安全运行与系统的设备有紧密的联系。系统设备容易造成母线系统的谐振过电压现象，任何系统设备都是有一定的参数，在进行改进设备的前提下，需要了解掌握这些设备的参数所代表的意义。谐振有一定的安全范围，应根据准确的数值比对确定是否会产生过电压现象，比如控制断路器的电容在450PF下就不会产生铁磁谐振，当大于900PF时就很可能发生谐振现象。选用励磁特性较好的电磁式电压互感器或电容式电压互感器，在电压互感器开口三角形侧加装一个电阻。10kV母线上装设一组三相对地电容器。就可以避免铁磁谐振现象。在母线系统谐振过电压防范中工作人员也可以将此作为依据，做好设备选型工作。随着对安全运行要求的不断提高，对设备的要求也在不断提高，所以需要及时对变电站的设备进行改进。同时还要对设备进行定期的规范检修，提高断路器的性能。
3.2 实现变压器的空载电流最小化
尽可能实现220kV变电站当中变压器空载电流量的最小化，也是能够帮助相关技术工作人员更好的防范过电压安全隐患现象的有效途径。220kV变电站变压器当中的空载电流，由磁化电流以及铁损电流共同组成。磁化电流产生磁通，铁损电流由铁芯损耗产生，提高铁芯质量和改进铁芯结构是减小空载电流的关键。减小其空载电流大小，可以有效改善变压器内部铁芯的损耗状态。可以通过采用导磁系数高的冷轧晶粒取代硅钢片，严格按变压器检修导则对铁芯进行检修等这些措施来实现变压器空载电流的最小化。同时在采购原材料时尽量选取市场占有率高、规模大、信誉好、行业领先的优质生产单位。只有采用质量以及生产较为规范的铁芯等其他材料，才能降低设备在出现过电压现象时的损坏程度。
3.3 母线系统谐振过电压的抑制
在220kV变电站的运行过程中，铁磁谐振也会产生过电压。母线系统铁磁谐振的具体原因很多。有接线方式方面的原因，有电压互感器的伏安特性不好，铁芯过早饱和，有母线上接有空载架空线路或电缆线路，有开关检修质量不良，特别是三相合闸不同步等。
正确进行倒闸操作：①改变220kV变电站的运行方式，在进行母线倒闸操作时，在设备和技术人员方面都要加强防范措施，如果出现谐振现象，及时通过改变运行方式，来消除谐振。②要严格遵守倒闸操作的操作步骤。当母线停电时，先拉母线电压互感器隔离开关，再拉母联断路器；送电时，操作顺序相反。当母线差动保护动作跳闸使一条母线停电的时，要及时拉开母联断路器的隔离开关或母线电压互感器的隔离开关。同时，倒闸操作时，通过外接电容、投入消弧线圈、投入空载线路或空载变压器，再连接电缆线路，或者拉合母联或分段断路器等多种手段适当增加系统电容C的大小，躲开谐振区。③防止向空载母线充电时发生谐振：当用母联向空载母线充电时，如果发生谐振，应立刻拉开母联断路器，消除谐振。送电时，采用母线和线路一起充电的方式，或者先退出电压互感器，后对母线充电，充电没有问题后再投入电压互感器运行。当变压器向接有电压互感器的空载母线充电时，大电流系统中，应该将变压器中性点直接接地；在小电流接地系统中，应将变压器经消弧线圈接地。这样做是为了避免由于电感和电容的耦合，发生串联谐振，导致电气设备的损坏。
4 结束语
总之，随着国内电网技术的不断进步，220kV变电站已经成为了各地区的供电枢纽。220kV变电站被广泛地应用于城乡电网中，用来确保城乡供电可靠性及安全性。鉴于其在电网中的重要性，对220kV变电站运行过程中，过电压产生原因及控制对策进行深层分析及研究，提出确实有效的防范改进措施，减少过电压的发生几率，确保电网的安全稳定运行和对用户的持续优质供电。
参考文献：
[1] 任捷. 220kV变电站运行操作中的过电压分析与防范措施[J]. 现代工业经济和信息化,2017,01:47-48.
[2] 王文杰,陈鑫,郑惠. 浅谈220kV变电站运行中的过电压控制技术[J]. 机电信息,2012,33:102-103.
[3] 高建辉. 220kV变电运行过程中的过电压问题分析[J]. 机电信息,2014,18:3-4.
论文作者:周峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/30
标签：过电压论文; 谐振论文; 母线论文; 变电站论文; 变压器论文; 电流论文; 电压互感器论文; 《电力设备》2017年第18期论文;