变压器操作过电压研究及防范措施

变压器操作过电压研究及防范措施

潘卫周

潘卫周

深圳市地铁集团有限公司广东深圳510800

摘要：变压器在运行时，电压超过它的最大承受工作电压，称为变压器过电压。变压器过电压往往会使变压器的绝缘造成很大的危害，甚至使绝缘击穿，导致变压器故障并退出运行。过电压又分为大气过电压和操作过电压。大气过电压是指由直击雷或雷电感应突然加到电力系统中，使电气设备所承受的电压远远超过其额定值；而操作过电压是指由线路投切、故障或其它原因在系统中引起的相对地或相间瞬态过电压。

关键词：变压器；操作过电压；防范措施

一、操作过电压特点和产生的原因

操作过电压一般为额定电压的3-4.5倍，绕组中电压分布不均匀，进线端部分线匝受以的电压很高。

由于操作（如断路器的合闸和分闸）、故障或其他原因，使系统参数突然变化，系统由一种状态转换为另一种状态，在此过渡过程中系统本身的电磁能振荡而产生的过电压称为操作过电压。操作过电压超过变压器的最大承受工作电压时往往会使变压器的绝缘造成很大的危害，甚至使绝缘击穿。

二、变压器操作过电压常用的防护措施

大部分变压器操作过电压是由操作过电压引起。目前，使用真空断路器作为投退变压器的特别多。

1、真空断路器操作过电压分析

随着社会经济的发燕尾服，现在高压设备大部分中压（35kV）开关均使用真空断路器。真空断路器由于体积小、熄孤能力强、分断电流大、无电弧外喷，维修周期较长等诸多优点，而广泛使用于配电断路器、大负荷启动开关。在实际中，真空断路器在较为频繁的分断瞬间，由于间隙小，过强的灭弧能力和其灭弧特性容易造成操作过电压，这种过电压往往能达到电源电压的几倍，甚至几十倍，对电网中及本身负载的运行造成一定的影响，甚至会击穿电气设备的绝缘层，引起很大的电气事故。

2、防护措施

操作过电压的出现给电力设备造成极大危害，防止过电压的产生或降低过电压的幅值是十分重要且必要的。目前，大部分采用氧化锌避雷器进行防止操作过电压（压敏电阻）。氧化锌避雷器是由很多氧化锌电阻片组成的，优点是具有非常优良的非线性伏安特性，续流小，体积小，安装方便等优点。目前我国大多数真空开关柜配备的过电压防护装置就是氧化锌避雷器。缺点：存在热老化、残压过高现象，容易使避雷器过高的残压与被保护设备的绝缘水平配合不当。因此避雷器保护高压设备对地绝缘比较勉强，对相间绝缘相对较弱的旋转电机来说不能有效配合，起不到保护作用。避雷器存在的另一问题是持续运行电压值偏低，仅为相电压。在中性点不接地或经消弧线圈接地电网中，当发生单相接地故障，健全相电压升至线电压，并允许运行2h。这种情况将使避雷器严重过热而损坏。大量的事故迫使生产厂商提高其额定电压和允许持续运行电压，结果增加了阀片数量和残压。

改进措施：采用R--C阻容吸收装置作为防止操作过电压措施。把电容与电阻并联接在负载进线端后，当真空断路器投合、切断负荷时，形成R-L-C振荡回路。使存储在负载电感中的能量以一个较低频率作衰减振荡，安全地把操作过电压限制在2倍以下，（不加R-C吸收装置的过电压通常可达5-6倍）并逐步释放掉。接入R--C阻容吸收装置，不仅使操作过电压幅值降低，而且也使过电压频率降低，限制了过电压的上升陡度。同时对抑制重燃过电压也起作用。另外阻容吸收装置不受系统中性点接地方式的限制。

三、地铁主变电所35kV系统采用氧化锌避雷器防护措施以及改进方案

轨道交通外部电源高压供电主要分为集中供电、分散供电和混合供电三种供电方式，针对我国目前地铁供电系统所采用的外部电源供电方式，从供电质量、供电可靠性、运营管理以及工程投资等方面进行了分析和比较，集中供电方式优于分散供电方式。因此，目前国内地铁外部电源主要采取集中供电的方式。

1、地铁主变电所35kV系统操作过电压情况

目前，地铁主所35kV系统均采用氧化锌避雷器作为防止操作过电压的防护措施，因此均存在热老化、残压过高现象，容易使避雷器过高的残压与被保护设备特别是电机的绝缘水平配合不当等缺陷（以深圳地铁白石洲和西乡主所为例：35KV避雷器是MC-35型，残压为121KV。2012年9月，西乡主所1#接地变压器在送电时，由于操作过电压曾导致接地变高压侧电缆与变压器接线处对金属固定件放电，最后造成相间短路，接地变压器严重烧伤，必需更换）。

2、防范措施和实施方案

在接地变压器35kV侧加装R--C阻容吸收装置。把电容与电阻串并接在负载进线端后，当真空断路器投合、切断负荷时，形成R-L-C振荡回路，使存储在负载电感中的能量以一个较低频率作衰减振荡，安全地把操作过电压限制在2倍以下，（不加R-C吸收装置的过电压通常可达5-6倍）并逐步释放掉。接入R--C阻容吸收装置，不仅使操作过电压幅值降低，而且也使过电压频率降低，限制了过电压的上升陡度。同时对抑制重燃过电压也起作用。另外阻容吸收装置不受系统中性点接地方式的限制。

在接地变压器高压侧（35KV电缆接线柱处）安装一组阻容吸收装置，阻容吸收装置安装在地面，N相接入变电所接地系统。

四、结束语

造成变压器的过电压原因很多，针对不同的过电压，有不同的过电压防护措施。特别是要根据具体设备而选择不同的保护措施。在实际工作，我们更应该从经济、技术、可行性和操作性全面研究和分析，选择有效的过电压保护措施，确保变压器的安全可靠运行。