[摘  要] 分析了变电所（变电室）内部产生过电压的五种原因并提出限制过电压措施及方法，指导运行人员正确理解到闸操作，以达到限制过电压的目的。

[关键词] 过电压限制 过电压 断路器铁磁 谐振

变电所是工厂的重要组成部分,如果发生过电压,将造成电气设备绝缘发生损坏,引发严重的电气事故。因此，必须采取防护措施。变电所内部发生过电压事故，主要来源于五个方面：

1.切断空载线路过电压

切断空载线路是常见的倒闸操作过程，一条供电线路两端开关，其分闸时间总是存在着一定的差异（一般约为0.01---0.05秒），所以无论是正常操作或故障操作，都有可能出现切除空载线路的情况，实践证明，在使用断路器的灭弧能力不够强，以至电弧在触头间重燃时，切断空载线路过电压就比较多，电弧在触头间重燃是产生这种过电压的根本原因，过电压会使线路绝缘闪络或击穿。在切除电容器组时也会发生类似的过电压。切断一条不太长的空载线路，可用

其中L是线路电感和电源漏感，C是线路对地电容。空载线路属于容性负荷，空载线路电流过零时，空载线路的电压恰好为最大值。当断路器切断空载线路时，断路器触头的分离可能在电源相位角为任何数值时发生，如果此时的电流不为零，触头之间就会产生电弧，线路就没有被切断。通常交流电弧要在电流过零时，加上断路器灭弧室的作用才能熄灭。在断开空载线路时,由于断路器触头间的电弧可能出现反复重燃,从而使线路上产生较高的过电压,这种过电压有可能引起供电系统内的绝缘弱点闪络,造成绝缘薄弱部位击穿,甚至使断路器的触头烧毁。

现以单相电路为例，简要分析一下过电压的形成原因。假设当断路器触头分开时刻，即为电容电流过零时刻，此时电弧熄灭，母线上和线路上的相电压正好为最大值U，由于高压线路对地绝缘通常都较强，所以经历工频半个周波时间，线路上残留电压不会有较大变化，可以认为仍为U，经历工频半个周波后，电源母线上和线路上的相电压已经变为—U，而此时断路器触头间的电位应为：U—（—U）=2U，如果触头分离开的间距不够大，其间隙在2U的作用下可能再次击穿，使电弧重燃，在此瞬间，母线和线路电路保持为2U，由于电源母线电压按余弦规律变化，在经历工频半个周波后，断路器触头间的电压变为U—（—2U）=3U、……,这个过程重复到断路器触头分离开的间隙不再被击穿为止。以上分析都是指最严重情况，实际上断路器可能不重然，即使重燃也不一定发生在工频电压到达最大值时，此外，线路上还有电晕及电阻等损耗，所以过电压值总是有限的，一般达到（3—4）U就算高的了。

限制过电压措施：（1）提高断路器的灭弧性能，特别是切断小电流的性能，可以减少甚至消除电弧重燃的可能性，从而降低或根本上消除切断空载线路过电压。（2）采用带并联电阻的开关,如图二所示。

断路器断开线路时，是逐级开断的。主断口1先分，并联电阻自动并在主断口旁边。由于电阻R连接在电源与线路之间，线路上电荷经电阻R向电源泄放，泄放电流经R的压降即主断口的恢复电压。如果R取得足够小，就可减少主断口的恢复电压，减少重然的可能性。在主断口开断后过一断时间（约1---2个工频周波），辅助断口2也分开，最后切断空载线路。即使在分闸时电弧重然，由于并联电阻R的阻尼作用，过电压也不会大。当合闸时，先合2，使电源与空载线路先经过R接通，减少了1上的电位差，然后再合1，就会使合闸过电压降低。当采用并联电阻后，在最不利的时刻发生重燃，过电压实际上只有2.28倍。

2.切断空载变压器的过电压

断路器能在变压器有载，甚至二次侧短路的情况下切断电路，而不产过电压，但在切断空载变压器的情况下，却可能出现过电压，这是因为切断有载变压器时，断路器强迫运行中变压器一次绕组中的电流中断时，由于磁场的变化，使二次绕族中感生很大的，阻挠磁场改变的电流，所以它磁场能变化得到了平衡，因此，不会发生过电压的现象。但是，切断变压器的空载电流则不同，没有二次绕族中感生很大的，阻挠磁场改变的电流，使为数不大的变压器的空载电流被迫立即下降到零，于是在变压器的激磁电感上，一次将感生很高的电压，引起母线和线路上绝缘薄弱部分出现事故。根据国内运行统计资料，在中星点接地系统一般不超过3U相电压；在中星点不接地（或经消弧线圈接地）系统一般不超过4U相电压。

限制过电压措施：（1）切断空载变压器过电压频率高，持续时间短，能量小，限制容易。因此，可使用带并联电阻的开关（因为并联电阻能够使变压器的磁场能量的得以释放），或用防护大气过电压的避雷器来限制。为此目的而装设的避雷器，冬季不宜退出运行。（2）将被切断空载变压器带有一段电缆或架空线，这就等于加大了开关中流过的电容电流，会使变压器的特性阻抗减小，故在截流值一定时，过电压将降低。

3.电弧接地过电压

在中星点不接地系统中，当发生一相接地故障时，常出现电弧，由于系统中存在线路电容和电压互感器电感，及有可能引起线路某一部分的振荡，当电流经振荡点或工频零点时，电弧可能暂时熄灭，之后当事故相上电压升高后，电弧则可能重燃，这种断断续续的、熄灭和重燃交替进行的对地放电，将造成在正常相及事故相上出现过电压，使系统内的绝缘薄弱部分有可能遭受击穿放炮。单相接地故障在系统中出现的机会较多，因而引起这种过电压的可能性是很大的，故应对其危害有足够的重视。98年前唐钢的60%电气放炮事故都是由一相接地故障引起的。

限制过电压措施：（1）为消除电弧接地过电压，可以将中性点直接接地。这样，电荷可以通过接地点放掉，从而消除这种过电压。在发生单相接地故障时，形成很大的单相短路电流，是回路跳闸，切除故障后再恢复供电。目前110kv以上电网大都采用中性点直接接地的运行方式。在采用了中性点直接接地的电网中，各种形式的操作过电压均比中性点绝缘的电网低。但如在电压较低，电网中采用中性点直接接地的运行方式时，则会招致事故频繁、操作次数多，故采用中性点绝缘用行方式，当电容电流超过5A时，电弧不易熄灭，易采用中性点经消弧线圈接地的用行方式。（2）采用消弧线圈消除电弧接地过电压。消弧线圈是一个具有铁心的可调电感线圈，装设在变压器或发电机的中性点，当发生单相接地故障时，可形成一个与接地电容电流大小接近相等而方向相反的电感电流，这个滞后电压90的电感电流与超前电压90的电容电流相互补偿，最后使流经接地处的电流变得很小以至等于零，降低故障相上的恢复电压，减少重燃电弧的可能性，从而消除了接地处的电弧以及由它所产生的危害。唐钢在1998年将变电站都安装了消弧线圈，用于消除电弧接地过电压，效果较好，使唐钢每年的接地电气放炮事故下降到10%左右。

4、铁磁谐振过电压

由于电力系统存在一些电感元件，形成了非线性电路，当满足谐振条件时（操作、故障所致），会引起过电压，它是一种稳态现象，其持续时间较长，可以直到进行新的操作使谐振条件被破坏时才终止。因此，这类过电压的出现，往往造成严重后果，故必须在操作前与设计时先进行必要的考虑，或采取一定措施来防止其发生或限制其存在的时间，以免形成谐振回路。图三给出最简单的R、C和有关电感L的电路。

假设在正常运行条件下，开始电路运行在感性工作状态，感抗大于容抗，电路不具备现行谐振的条件。但是，当铁心电感两端的电压有所升高时，电感线圈中出现涌流就可能使铁心饱和，其电感值将随之减少，当感抗等于容抗时，即达到串联谐振条件，在电感、电容两端变形成过电压。当电力系统中发生断线故障或不对称开断故障时，线路末端又接有空载（或轻载）的中性点不接地的变压器，将及易形成串联谐振，发生过电压。发生这种过电压，常引起避雷器爆炸、烧坏电压互感器和绝缘子，或使接于该变压器的小功率电动机反转。为防止此类事故，不使用分相操作的断路器及熔断器，并避免变压器空载或轻载（负荷在额定容量20%以下）运行。

5.电磁式电压互感器饱和过电压

在中性点绝缘的系统中，母线上只带电压互感器而不带线路（或很短线路）的情况下，可能发生一些异常现象。例如在2000年4月26日，唐钢110kv变电站因上级变电站事故停电，在恢复送电时，110kv线路上只带电压互感器，发现电压互感器指示的相电压，有两相对地电压同时升高，并且电压表指针摆动严重，接地报警器发出接地报警，电压互感器的溶断器溶断。长时间这种情况能引起绝缘闪络或避雷器爆炸，这是由于电压互感器饱和而产生的过电压现象。

当电网中发生冲击扰动时，使一相或两相电压瞬时升高，由于电压互感器的激磁感抗是非线性的，可能使两相励磁电流突增而使其饱和，相应的它们的电感值也减小。这样，由于三相对地负载不平衡，故使电网中性点出现位移电压，假设参数配合使感抗与容抗相等，便产生了串联谐振现象，使中性点位移电压急剧上升，此电压叠加于三相电源上，通常是使两相对地电压升高，一相对地电压降低。这种过电压在线路发生短路、断路器突然将此线路切除，或利用断路器向母线充电时均能激发，而且持续时间长，直到操作断路器改变了系统工作状态，所以不能用避雷器限制它。消除它的有效措施有：在互感器三角绕组开口端接入一个电阻R，使谐振不能产生。R的值在35kv以下电力网中一般在10---100欧姆的范围内。此外，入选用激磁特性较好的电磁式电压互感器或电容式电压互感器；特殊情况下，可采取临时倒闸措施，如投入事先规定好的某些线路与设备或电容器，以增加对地电容，使谐振不发生。