220kV变电站运行过程中的过电压分析

220kV变电站运行过程中的过电压分析

郭幸南

（江苏省电力公司溧水县供电公司江苏南京211200）

摘要：操作过电压及谐振过电压是220kV变电运行中较为常见的过电压现象，其对设备与工作人员的危害是比较大的。根据过电压产生的原因与条件，可以通过一定的技术手段从根本上消除过电压现象，当然也可以通过规范现场操作来规避过电压现象的产生。

关键词：过电压；变压器；谐振过电压；控制技术

一、220kV变电站变电运行过电压产生的原理

1空载变压器操作过电压产生的原理

220kV主变的高压绕组有电源进线，而低压绕组开路的运行状态被称为空载运行。在220kV主变空载运行过程中，其高压绕组中会存在值较小的空载电流。若切除空载的220kV主变，在较小的空载电流的作用下，断路器将出现较为强烈的游离现象，且很容易出现强制熄弧，这种现象被称为截流。截流现象会在220kV主变上产生过电压，即空载变压器操作过电压。

2母线系统谐振过电压产生的原理

在220kV变电站进行分闸操作或发生故障的暂态过程中，220kV主变以及PT等电感线圈的铁芯发生了饱和，从而满足了谐振条件，这是产生谐振过电压的根本原因。母线系统的谐振过电压又可分为串联谐振和并联谐振两种。由于在220kV变电站中有小电流接地系统、大电流接地系统以及中性点不接地系统等多个系统，在变电运行操作过程中，只要PT铁芯的非线性电感有足够大的变化，就将有可能发生串联谐振或并联谐振，并导致谐振过电压产生。其表现形式为PT发生异响、母线电压单相或两相有抬升、PT开口三角形电压有抬升等。谐振过电压将有可能击穿系统绝缘，还有可能导致母线PT因过电流而被烧毁等。

二、空载变压器操作过电压的防范措施

由于切除空载220kV主变必将引发截流现象，并进而导致操作过电压的产生，所以只能通过减小220kV主变的空载电流、减小主变高压绕组的电感以及增加主变的寄生电容等手段来削弱截流现象。

1改善220kV主变铁芯

可以通过改善220kV主变铁芯来降低高压绕组的空载电流。220kV主变的空载电流是由铁损电流和磁化电流叠加形成的，其中铁芯损耗引发了铁损电流，铁芯磁通则产生了磁化电流，因此通过改变220kV主变的铁芯能够有效降低空载电流。在实践中一般将硅钢片用导磁系数高的冷轧晶粒代替作为铁芯材料，严格按照相关标准及规范要求对变压器铁芯进行大修等都是提高和改进220kV主变铁芯质量的有效措施。

2220kV主变采用纠结式绕组

通过采用纠结式绕组可以大大增加220kV主变的寄生电容。所谓纠结式绕组，就是将绕组中的另一线匝插入到在电气上处于相邻位置的线匝之间，这样绕组的纵向电容就得以增加，同时也增大了实际相邻匝间的电位差，从而使得过电压条件下各线匝之间能够均匀地分布起始电压。

3采用带并联电阻的断路器

在截流现象发生的一瞬间，电感中的磁场将转化为电能，并对电容充电。此时若断路器并联了电阻，就能够使得电感中的磁场能量得到有效地释放。在截流现象发生之前，带并联电阻的断路器闭合后,就将断路器并联电阻短接；而截流现象发生后，断路器再打开，电感中的电能就能通过电阻形成电流，从而得以消耗，不再对电容充电。

三、母线系统谐振过电压防范措施

220kV变电站的主接线形式、PT伏安特性不良导致铁芯过早饱和、母线上所接的架空或电缆线路处于空载运行状态、断路器检修质量不佳导致三相不同步重合闸等都是导致母线系统产生谐振过电压的主要原因。值得注意的是，产生谐振过电压的根本是电气设备，而引发谐振过电压的原因则是各种倒闸操作，因此可以从电气设备和倒闸操作两方面采取相应的过电压防范和抑制措施。

1倒闸操作方面

①首先是对220kV变电站运行方式的改变，在进行母线倒闸操作时，变电运行人员要防止PT与断路器的断口电容发生谐振。一旦发生谐振，就要立即对运行方式进行改变，以切断谐振回路电源，来破坏发生谐振的条件。

②要严格遵守倒闸操作的操作步骤。进行母线停电操作时，应先将母线PT的隔离开关拉开，然后再拉开母联断路器；而送电操作的操作顺序则与之相反。进行电源向母线升压操作时，应先将断路器合上然后再升压；而完成升压需要停电时，再拉开断路器之前一定要先将电压降为零。当母线差动保护动作跳闸致使一条母线停电时，要将母联断路器或母线PT的隔离开关及时拉开。

③在倒闸操作时增加电容C的值。在进行倒闸操作时，可以通过外接电容，将消弧线圈、空载线路或空载变压器投入，将电缆线路接入，将母联或分段断路器拉合等多种手段来将系统中的电容C的值增大，从而避免形成谐振条件。

④将PT开口三角形绕组短接或加装消谐装置。变电运行人员可以结合现场的实际情况来将PT开口三角形绕组瞬间短接，或者加装消谐管或阻尼电阻等消谐装置来消除谐振，这种方法对于消除分频谐振极为有效。

⑤在进行母线倒闸操作时，一旦将母联开关断开，就要马上对停运母线的电压进行检查，确定其是否降为零。若母线电压比感应电压大，则应马上将断开的母联开关再合上。若母线长时间停运后母线谐振才被发现，就不应该再将母联开关合上，而应采取将一个无电源的元器件与停运母线并联的方法来消除谐振。

2电气设备方面

①要充分测量、计算和掌握系统的对地电容参数、PT励磁特性等资料，并由此判断其是否处于谐振范围以内。运行实践表明，断路器的断口电容不大于450pF则基本不会产生谐振，而一旦大于等于900pF则产生谐振的概率就很大。

②应尽量采用电容式PT，以从根本上来将产生谐振的条件消除掉。若仍然采用电感式PT，也要优先选用那些伏安特性好、铁芯不易饱和以及励磁感抗高的产品。

③要加强电气设备的检修工作，以保证倒闸操作过程中断路器不会发生三相不同步动作情况。

④通过在主变、PT等电气设备的进线侧加装避雷器并可靠接地，能够对操作过电压进行有效防范。

⑤将PT中性点的接地方式在小电流接地系统由直接接地改为经消谐电阻或消弧线圈接地。

四、应用实例分析

某220kV变电站所选用的主变绕组的材料为冷轧硅钢片，绕组形式为纠结式，能够有效降低主变的空载电流，增大绕组的寄生电容，从而减小了过电压，使得其控制在相电压的2倍以内。该变压器的截流过电压在相电压的2倍以内，约为1.18倍相电压。这说明若将该变压器在空载状态下切除，会产生一定的过电压，但过电压的持续时间短且能量小，不会对系统的绝缘造成威胁，也不会影响到220kV变电站的正常运行。对于新投入或大修之后的220kV主变，一般要进行全电压冲击分合闸试验，通过利用截流过电压检验主变及其回路的绝缘是否存在缺陷。

五、结束语

对于不同的过电压应采取具有针对性且合理、科学、有效的防范措施，全面考虑绝缘配合的可靠性和保护器自身的安全性。

参考文献：

[1]杨金奇．开式网无功功率电源最优分布计算的改进［J］．电力科学与工程，2005(1).

[2]于华.220kV变电站线路保护分析［J］.机电信息，2010（12）.