(广州市电力工程设计院有限公司)
摘要：变电站的过电压现象不仅严重威胁到了操作员的生命安全，还会大大缩短设备的使用寿命，造成设备非正常停止运行现象。因此，对变电站操作过程中的过电压现象进行必要的防范与控制显得十分迫切，它是保证变电站持续、安全的措施。本文主要探究了变电站过电压问题分析，投切空载变压器过电压以及母线系统谐振过电压的原理分析及其防范措施，具体案例分析，以供参考。
关键词：变电站；运行操作；过电压；防范措施
引言
随着我国的经济不断更快更好的发展，我们国家对于电网技术方面也呈现迅猛发展的趋势，变电站现在也已经变成了城市供电系统的主流供电阵地，可是，在现实的操作之中，过电压的现象又是经常的发生。过电压对于供电系统而言，就埋下了不定的安全隐患问题。对于变电站在实际的运行之中，投切空载变压器过电压和母线系统谐振过电压都是频率遇到的两种过电压的现象，它们对于人体以及设备都会带来十分重大的危害。
一、变电站过电压问题分析
所谓过电压，是指电力系统在特定的条件下，会出现电压超出预定最大值的异常工况，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。过电压的产生原因是多种多样的，可以分为内过电压和外过电压。其中，内过电压主要是由于电力系统内部运行方式的改变造成的，包括暂态过电压、操作过电压以及谐振过电压；外过电压也称雷电过电压或者大气过电压，主要是由于大气中的雷云对地面放电而引起的，分为直击雷过电压和感应雷过电压两种，对于电力系统中的电力设备可能造成相应的影响和破坏。尤其是直接雷过电压，其幅值能够达到上百万伏，会破坏电工设施的绝缘部件，从而引发线路的接地故障。因此，对于电力工作人员而言，要充分重视变电站运行操作中的过电压问题，采取相应的过电压保护措施，确保变电站的安全稳定运行，保证供电质量。
二、投切空载变压器过电压的原理分析及其防范措施
1、投切空载变压器过电压的原理分析
投切空载变压器是变压器在运转过程中一次绕组接通电源，但二次绕组处于开路状态的情况。这种情况下产生的电流被称为空载电流或花子励磁电流。若空载变压器一旦被切除，受变小的空载电流影响，在断路器阻隔电流的过程中，设备开关会出现较大的游离引力。在这样的情况下，需要将电流调整为零，若电流大于零则很容易使设备强制熄弧，这种现象也被称为截流，截流现象是产生投切空载变压器过电压的主要原因。
2、投切空载变压器过电压的防范措施
在对变压器进行运行的过程中，经常性出现截流现象，这是一种无法避免的现象，而在断路器的影响下就非常容易出现过电压。按照上述理论推算，可通过对变压器绕组电感、空载电流进行控制和增加变压器电容的方式，来说实现对电压的有效控制。我们可通过以下几点来实现：
(1)使用纠结式绕组。在变电站中其使用的变压器均为芯片变压器，为此，通过纠结式绕组的运用可较好的实现对变压器电容量的提升，这主要是由于纠结式绕组可可在变压器线砸之间穿插另一个线砸，这就能够促使绕组的电容因此得到提升，并且在线砸之间的电位差也能够得到相应的增加。此时，若出现过电压式，那么各个线砸也必然能够对电压进行有效的分配。
(2)改善铁芯。空载电流主要是由铁损电流和磁化电流组合而成，为此，对铁芯进行改善，能够从根本上有效改善空载电流，同时还可控制因磁化电流导致的磁通现象。导致铁损电流现象主要是由于铁芯损耗所致，为此，在对空载电流的调节中，铁芯是最关键的部件，这能够更好的对铁芯的结构、质量等进行改进，从而达到有效控制空载电流出现的效果，比如，将硅钢片更换为冷轧晶粒，与此同时，还需要定期对变压器进行检查和维护。
(3)使用带关联的电阻开关。当变压器在出现截流的情况下，必然会致使磁场快速转变为电能，此时电容就会因此迅速升高，若运用带关联电阻的开关将其电阻并联，就能够促使电磁场的能量能够得到有效释放。这种方法是在截流前，及时将开关闭合，并通过开关并联的方式来实现电流的短接；在出现截流之后，就能够及时将开关断开，此时，电势也必然会在电感的影响下，逐渐转变为电流，并由于磁场能量的快速消退最终消失。
三、母线系统谐振过电压的原理分析及其防范措施
1、母线系统谐振过电压的原理分析
形成铁磁谐振最根本的原因是由于变压器或者电压互感器等铁磁电感，在故障暂态过程或者分闸操作过程中，铁芯会发生饱和作用，满足了谐振条件。由于铁磁电感呈非线性的特点，其大小由铁芯的饱和程度来决定，而其饱和程度又由暂态过程中TV三相绕组所承受的电压幅值来决定，因此电压越高铁芯就越饱和，此时电感就会越小。母线系统所发生的铁磁谐振分为两种情况，即串联铁磁谐振与并联铁磁谐振。
变电站包含了多个系统，包括大电流接地系统与小电流接地系统，还有中性点不接地系统等。在实际操作过程中，TV的非线性电感只要有足够大的变化范围，就存在发生串联谐振或者并联谐振，以及产生过电压的可能。过电压的表现通常如下：电压互感器出现异常响声、母线电压一相或者两相出现升高的现象、电压互感器开口三角形电压有所升高等，这些过电压问题可能会造成系统的绝缘处被击穿，或者母线电压互感器过电流被烧毁。
2、母线系统谐振过电压的防范措施
从母线系统铁磁谐振产生的原因分析，主要是由于电压互感器存在质量问题，伏安特性不稳定，进而引发铁芯饱和度过高，或者开关检修质量不达标等。要想做好过电压的防范，需要采取以下几项措施：
(1)使用倒闸操作。首先，在具体的实际操作过程中需要注意一些操作步骤，在母线运行状况不正常的状况出现时，此时控制母线隔离的相应开关需要马上关闭，然后母线的相应的断路器也需要马上关闭。因此，在母线进行送电操作时，上面关闭操作顺序则需要相应调转过来。如果母线电压有单独的电源提供时，此时断路器需要进行相应闭合操作，然后进行升压操作，在升压操作完成之后，此时电压需要降到零，最后，需要进行关闭断路器操作。如果由于母线异常状况导致系统开启差动保护模式时，这时需要关闭断路器的隔开开关，然后再进一步考虑需要采取的措施。当在母线上进行倒闸操作操作时，当改变运行方式时，当铁磁谐振状况发生时，此时需要改变接线的方式，同时为了阻止谐振情况的发生需要切断谐振回路的电源。但是运行方式的改变需要确保Xc/X1值是在谐振区间值0.01-3之外，同时避免在谐振区间内可以通过电容的增加、空载变压器的增加、电缆插入等等一系列方式来使系统中的电容值增大。最后，当进行倒母线操作时，在母线断开之后，此时需要检查母线上是不是还有电压，因此当现实电压大于感应电压时，此时母线开关需要进行相应断开，如果母线谐振是在母线停运了一段时间之后，此时母线需要在第一时间停运，这时候也还可以配置一个无电源的元器件，此时谐振现象能够有效地被消除。
(2)重视技术设备。要对系统参数进行全面细致的了解，对设备是否处于谐振范围进行判断。实践证明，当断路器的断口均压电容在900PF以上时，则引发铁磁谐振的机率会大大增加。同时，要对设备进行改进和完善，在系统中引入电容式电压互感器，从根本上消除铁磁谐振产生的条件。在对设备进行检修的过程中，需要充分重视，对检修质量进行严格把握，确保断路器三相可以在倒闸操作中同期动作，提升断路器的灭弧能力以及动作的同期性，对过电压进行限制。另外，应该在电气设备的输入端设置相应的避雷设备，并且进行可靠接地，同样可以对过电压进行有效防范。
提升变电站整体的技术以及水平。技术人员是否有足够专业的技术这对于正确操作设备是至关重要的，提升技术人员的专业化水平，充分利用相关的测量以及计算，是正确判断变电设备能否控制在谐振范围的关键。因此，相关的技术人员要使用最新的技术对过电压的产生加以防范。例如，可以采用互感式的电压互感器，这样在一定程度上能够防止断路器的断口以及电容产生铁磁谐振，起到了深层次的防范作用，这对于变电站运行操作过程中的过电压是有一定的防范作用的，是值得我们采用的方式。
过电压记录结果表，
四、案例分析
某变电站，其具体运行参数为：经计算机对变压器空载状态下获取的过电压进行记录，根据捕获结果来看，其结果为：高压侧绕组L=0.185H，X=58.2Ω，电容C=0.000000029，节流过电压为Umax=260.26kV，根数上述数据显示，电容并未因空载变压器而受到任何的影响，因电容本身是与变压器处于并联的状态下，为此，需要对电容的作用进行重点考虑，这样才能够真正意义上实现阻抗值的有效减少，并且若截流值保持不变，那么过电压就出现明显的下降。该类型变压器仍然采用的冷轧硅钢片，并且运用的是纠结式绕组，这能够有效提升电容，减少空载电流，同时还可在其他各项数值未出现变化的情况下，对过电压进行有效缩减。按照规定的变压器运行电压来看，其变压器的额定电压最大不能够高于105%，在将变压器的空载切除之后，就能够更好的避免过电压的出现，但往往这种过电压所持续的时间非常的短暂，并且其能量也非常的小，为此，并不会给系统带来任何的较大的影响，通常在对变压器进行维修之后，进行分合闸试验的过程中，就可通过分析截流过电压进而对变压器上出现的相关绝缘弱电进行充分运用。
五、结束语
在经济发展的带动下，社会对于电力的需求不断增加，对于电力系统和电力网络也提出了更加严格的要求。作为电力系统的重要组成部分，变电站可以对电压进行切断、连通、改变或者调整，是输电与配电的集结点，发挥着极其关键的作用。在变电站运行操作中，过电压现象是一个比较常见的问题，会在一定程度上影响变电站的运行安全。对此，变电站值班人员应该充分重视起来，加强对于变电站过电压问题的分析，针对不同的过电压，采取相应的防范措施，减少和消除其对于变电站运行的影响，保障变电站的安全稳定运行。
参考文献
[1]《电力工程电气设计手册(电气一次部分)》水利电力西北电力设计院编.中国电力出版社.
[2]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T50064.2014
[3]李景禄.高压电气设备试验和状态诊断.2008
[4]刘静.变电站运行操作中的过电压分析与防范措施[J].中国电业，2013(4).
[5]陶莉芳.变电站运行操作过程中的过电压分析与防范[J].硅谷，2013(16).
[6]宋义林.变电站运行过电压分析及抑制对策[J].中国新技术新产品，2013(21).
[7]王文杰，陈鑫，郑惠.浅谈变电站运行中的过电压控制技术[J].机电信息，2014(33).
论文作者:张剑锋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/11/29
标签：过电压论文; 谐振论文; 变电站论文; 母线论文; 变压器论文; 电流论文; 操作论文; 《电力设备》2016年第18期论文;