摘要：无论是工频过电压、操作过电压还是雷电过电压，这些暂态过电压都严重威胁电网的安全运行，甚至导致电网意外跳闸，停止供电。过电压易破坏高压设备的绝缘进而引发更为重大的事故，严重的会引起火灾。因此，电力企业花费大量的人力、财力进行过电压治理。
关键词：变电设备；过电压；在线监测；应用研究
1引言
目前应用于电网中的故障录波装置主要记录的是工频的故障波形，对暂态过电压的高频信号则难以记录。现有的故障录波装置是从电压互感器获取过电压信号，测量精度及频率响应差，对很多过电压，尤其是对电网外部过电压信号根本无法监测，且在系统发生严重短路事故时才开始工作，系统遭受严重事故前出现的各种过电压都不能进行有效的监测，非常不利于系统的安全运行。而且，现有的故障录波装置录取的波形时间都非常短，不利于事故的分析，给彻底解决各种过电压引起的事故带来很大影响。
2变电设备产生过电压原因分析
2.1PT谐振过电压的产生分析
电网中性点的位移电压也可以称作对地零序电压，在PT开口三角绕组位置将电压值全部反映，可以产生两种现象，分别为过电压现象与虚幻接地现象，让操作人员产生错觉。由危害性出发，产生的分频谐振电压最高，造成持续励磁电流所需周期长，互感器保险丝被烧断，出现热度过高冒油故障，严重还会自爆。到目前为止，存在大量限制PT产生铁磁谐振的设备。主要由下面两类组成，首先是电感电容参数值调整，与谐振相匹配的条件相差较多，产生谐振现象困难。如：增加电容器至每相对上，应用的PT存在较高的励磁特性，同一网络下与PT数据并联后对其限制，PT高压侧中性点与单相PT点之间采用串联，利用消弧线圈实现中性点接地，可增加不同类型的消弧电抗器；其次为消耗谐振能量，采用抑制阻尼方式或者减少谐振；如：PT高压侧中性点与单相PT点之间采用串联，PT二次侧三角绕组开口具有两端，一端连接系统中性点电阻，另一与电阻连接。
2.2弧光接地过电压的产生分析
单相接地是电网的故障普遍故障，高达电网故障率的60%。中性点不接地系统中出现稳定性单相接地，上述问题不会对变压器三相绕组之间产生的电压对称性造成影响，保持线路间电压值稳定。接地故障后产生电流较小，无需将故障线路全部切除，可以保持处于故障下持续供电两个小时，上述为中性点与地面系统不连接的特性。大部分出现接地故障后会影响电弧稳定性，若电弧一会重燃一会熄灭，由于电弧的间歇性造成系统处于不断变化状态，造成各个电感电容元件产生电磁振荡，在系统中产生过电压，以上被叫做弧光接地过电压或者间隙性电弧接地过电压。系统单相接地电流值最终决定在单相接地后是否存在间隙电弧。如果线路长度长同时系统小，单相接地电容与电流值也相对较低，单相弧光接地电流突然出现波动，会造成电弧暂时性熄灭，但是系统会在短时间内正常。电压在不断提升，系统处于发展状态，导致单相接地电容电流按照比例上升。由数据显示，电压为10kV到35kV之间的电流高于10A后，接地电弧指示单无法熄灭。
2.3中性点接地方式的分析
配电网内部过电压中存在的问题，与其直接相关的为中性点接地方式，在选择中性点接地方式时要由整体出发与考虑，与多项因素相关，包括电力设备过电压情况、通信干扰、绝缘水平、设备安全性、人员安全以及供电是否可靠等相关，作为保证电力系统正常运行，与经济安全的根本。配电网中效果最佳的接地方式有两种，分别为经消弧线圈与中性点，主要优势表现在设备安全性、人员安全性、供电可靠性以及电磁兼容性等，缺点在于容易出现过电压较高，检测接地故障时难度大。经电阻接地方式与中性点直接接地两种方式，可以对过电压情况更好限制，便于检测到接地故障情况。上述接地方式会导致出现故障后电流值高，应更加重视电磁兼容性、设备安全性、人员安全性等。经消弧线圈接地方式运行较为简单，缺乏多元性，通过并联中性点经消弧线圈接地方式，对瞬时故障熄弧有帮助，同时可以减少出现的间歇性弧光接地问题，有效避免与限制其他谐振过电压，同时有利于检测电网设备永久性接地问题，采用仿真方式验证内部过电压与当前接地方式。计算消弧线圈时，通过按照脱谐度不同时产生的单相接地问题，根据制度中要求的对电网故障残余电流的补偿情况，确定采用中性点接地电阻。
3变电设备过电压在线监测应用
3.1测试原理
电力网中运行的CT和套管等容性设备，属于电容同轴结构，具有末屏引出抽头，拥有良好的频率响应特性，末屏接地电流在10Hz-2MHz频率范围内能跟随一次电压变化，通过监测末屏接地电流可以获得电网过电压的暂态变化过程。容性设备在一次电压U1的作用下，流过末屏接地线的电流为I1，在末屏接地线安装宽频带电流传感器，电流传感器实时感应电缆对地泄漏电流，并输出一个与对地泄漏电流成线性关系的二次电流信号I2。将二次电流信号I2经过I/V（电流/电压）转换，形成二次电压信号U2，经过积分器对二次电压信号进行信号还原，得到容性设备的一次电压U1。
3.2实现手段
变电设备过电压在线测量装置由宽频大量程电子式电流传感器、宽频域监测单元和系统IED（智能电子设备）主机组成，详见图2。电流传感器获取CT末屏电流，宽频域监测单元就地实现波形信号的数字化，站内各被测CT数字信号汇集到IED主机。CT采用穿心式结构，末屏接地引下线直接穿过该电流传感器，电流传感器频率范围为50Hz~1MHz，量程范围1mA~100A，具有宽频域、大量程、不改变CT原有接地方式、安全可靠等特点，在原有末屏引下装置基础上能实现带电安装。监测单元由电量信号同步采集调理电路、ADC（数模转换器）信号采集器件和DSP（数字信号处理器）组成。ADC信号采集器件为多路100MHz的ADC信号采集器件，DSP采用BF7070。IED主机用于监测单元的数据同步采集和管理，安装在站控层组件柜内，采用IEC61850规约实现在线监测数据上送。
3.3实践应用
该过电压在线监测系统开发完成后，2015年5月安装于某35kV站。该站多年来一直存在PT在系统接地后烧毁的现象，且高压熔断器也频繁熔断。为了避免这种情况一再发生，对晋煤集团老区35kV系统造成威胁，将此系统安装于该站，使其能够实时记录晋煤老区35kV系统发生各种过电压事故时的数据，在过电压发生时能完整准确记录过电压的实际变化过程，记录保存过电压的波形和各种参数，存储事故发生前后过电压的情况，为该站PT烧毁原因的查找提供数据支持，从而采取更有效的解决办法。对系统异常时的各种电压进行告警及录波。该过电压在线监测系统在35kV站运行将近一年半的时间，状况良好，能对各种过电压情况实时进行监测。现针对运行过程中出现过的两次雷电过电压故障进行分析。文章仅分析其中的某一次故障。2016年7月16日20∶28∶27，当地雷雨天气，在打雷后，运行人员发现暂态过电压监测系统发生告警，告警信息为B相雷击过电压。对整个片区所属6座35kV变电站避雷器动作情况进行摸排，发现片区系统中的1座变电站35kV线路B相避雷器动作。由暂态过电压监测系统实测波形(见图1)可以看出，35kV线路B相遭受过电压侵袭。
4结束语
当前的雷电观测仅能知道落雷点和落雷强度，却无法掌握线路和变电设备上的过电压水平，通过变电设备过电压在线监测，可获取过电压幅值、波形和发生时刻，有利于设备绝缘故障的原因分析。广泛开展变电设备过电压在线监测，对监测结果进行深度分析，可为绘制电网过电压分布图提供技术支撑。
参考文献
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论文作者:牛放 谭美玲 刘振宇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：过电压论文; 电流论文; 在线论文; 故障论文; 电压论文; 设备论文; 单相论文; 《电力设备》2019年第2期论文;