摘要：“过电压”是影响电力系统正常运转的重要因素，也被视为引发系统绝缘故障的主要原因。因此基于过电压在线检测对绝缘配合、故障分析、标准修订等方面工作的开展具有重要价值。在我国全面开展智能电网建设的背景下，研究过电压在线监测及数据分析应用具有重要的现实意义。本文中笔者结合案例探讨其分析及应用策略，提出相关合理化建议。
关键词：过电压；在线监测；数据分析；氧化锌阀片
“过电压”指的是在工频下交流电压均方根值过高（＞额定10%）并长时间（＞1min）处于电压变动的状态。鉴于过电压对电力系统稳定性、可靠性的负面影响，以及现有过电压监测装置不足等情况的存在（如在220kV及以上电压等级的监测存在失效现象），我们十分有必要展开过电压在线监测及数据分析应用研究工作，针对电力系统提出更好的保障策略。本文研究基于氧化锌阀片分压原理展开，通过避雷针串联分压阀片途径来进行实施。
1、过电压类型概述
在人类社会经济高速发展的前提下，电力需求不断上升，电网规模不断增大，以特高电压为基础的智能电网架构的愿景将在不久的未来变为现实。这也意味着电网的“一体化”倾向更加明显。一方面，电网将向更高的电压等级发展，从而实现电力的长距离输送；但另一方面，电压等级过高会导致绝缘装置失灵机率增大，一旦一个环节出现问题，往往造成绝缘击穿、损坏，造成大范围的电力中断，甚至危机人民群众人身、财产安全。为了规避过电压造成的危害，我们就必须对电网出现“过电压”的现象有充分的了解。整体上，过电压类型包括两种，分别是“暂态过电压”和“暂时过电压”。
1.1 暂态过电压
顾名思义，“暂态过电压”是指在短时间内快速突升的高电压脉冲叠加到供电电压上引起电压升高的现象。暂态过电压造成的故障表现主要是短路、断路器故障，但经历这一过程之后，电力系统会重新达到一种稳定状态；“暂态过电压”常见的形态有两种。
第一，雷电过电压类型。“避雷针”是变电站的必要保护措施，也是避免雷电过电压影响的主要途径，雷电过电压类型泛指收到雷电影响而出现的高于额定电压值的情况。同时，雷电过电压又包括“直击雷”和“感应雷”两种情况，其中前者的威胁更大，雷电直接击中避雷线、导线、高压杆塔等，通常会造成明显的暂态过电压事故。而从幅值、波长、陡度等方面分析，感应雷的影响相对比较小，但在低压配电网中会造成闪络、跳闸等问题。
第二，操作过电压。即人为操作下出现的过电压类型，如和空载线路过电压、切除空载线路过电压、弧光接地过电压等。
1.2 暂时过电压
暂时过电压是由于断路器操作或发生短路故障，造成电力系统在过渡过程以后重新达到某种暂时稳定下所出现的超过额定值的电压。常见的暂时过电压类型有工频过电压、谐振过电压两种形态。
第一，工频过电压泛指电力系统中频率接近工频或等于工频的情况，同时幅值也超过最大工作相电压。究其形成原因，空载线路的容升效应的影响因素很大，其特点是容升高于感抗，另外突然甩负荷或者不对称接地短路也不可忽视。
第二，谐振过电压基于电网中的非线性元件所产生的谐波出现。由于电力系统中包含着大量电容、电感属性的元件，因此系统发生故障（或人为造成的操作问题），容易形成振荡回路，进一步发展造成电气设备中的过电压现象。
2、在线监测系统结构分析
从结构角度上说，国外针对过电压研发的在线监测系统普遍采取分布式结构，一方面，基于软件工程设计的模块化形式，配置智能化过电压在线采集装置作为监测前端。另一方面，构建单片机系统，实现数据记录、整理、分析、计算等需求。从工作流程上说，数据采集完成之后，经过预处理一标准数据格式，借助通信网络存入后台主机数据库中，后期工作主要由主机实现。这种结构的在线监测系统优势很明显，如监测前端便于更换，通道易于扩展，处理后的数据以数字信号的方式可以规避干扰源。但它的缺点是过于复杂，鉴于结构的多体系特征，实现难度很大；如下图1所示。
结合上图，我们可以初步判断波头时间较短的雷电过电压范围，接下来再从波形上分析，在暂态过电压部分三相波形走势一致，即是在各自的工频电压下叠加以大致相同的高频冲击电压。在雷电过电压波形中，可以判断其为感应雷电过电压。从幅值上分析，C相（红色）峰值最大，达到工频峰值的1.6 倍，这是因为该相电压位于工频正半周，且感应雷电过电压与电压极性一致造成正相叠加的原因，而其余两相中相所处相位电压叠加上感应雷电压后幅值不大，但由于冲击电压造成的振荡，使得A相电压峰值（100kV左右）已经超过工频电压峰值（89.8kV）。从整体波形观察，发生过电压后三相均逐步恢复到正常工频相电压，均未发生闪络或者绝缘击穿现象。
3.2 数据应用
第一，责任界定。在现代电力系统中，电压暂降、暂升和短时中断、谐波产生的电压波形畸变，可能造成电网设备的损坏。在发生设备损坏及因电能质量产生的损失后，除了对事故采取防治措施，还需对事故引发的具体原因进行分析，对存在电网、电厂及大功率用户的责任进行认定。事故责任认定需要根据电网电压波形的实时监测与用户及电厂的实时工况比较分析，同时依赖于监测装置提供的有效数据。
第二，配置参考。结合数据分析，该电压波动可按照时间量级分为两种类型，一类是低频振荡，相电压波动幅值一般不超过额定工作电压的1.3倍，线电压幅值基本不变；另一类是暂态电压，相电压幅值和线电压幅值均可达额定工作电压的1.5倍以上。以此作为参考，进行过电压监测的重要标准，可以更好地维护系统稳定运行。
4、结束语
整体上，随着我国经济快速发展，电力供应安全显得尤为重要，因此我们需要加强对过电压在线监测的研发与应用。本文中笔者根据在线监测获取到的过电压波形数据，对监测站点的典型过电压波形在波头时间、幅值等方面进行了分析，对不同类型的过电压进行了次数及倍数统计，对设备的绝缘配合和过电压防护措施的改进提供了有价值的参考；以促进过电压监测技术向着智能化、系统化、网络化的方向发展。
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作者简介
罗绪东（1984—）男，汉族，本科，中级工程师，主要从事电气设备绝缘技术监督、安全质量监督管理等工作。
论文作者:罗绪东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
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