过电压产生的危害及防止措施.doc

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编号：

中国农业大学现代远程教育

毕业论文（设计）

论文题目：

过电压产生的危害及防止措施

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中国农业大学网络教育学院制

目录

摘要 3

前言 4

1过电压的基本概念 4

1．1过电压的定义 4

1．2过电压的分类 4

2过电压的危害 5

2．1雷击过电压的危害 5

2．2操作过电压的危害 6

2．3暂态过电压 7

3过电压的防止措施 8

3．1变电站倒闸操作 8

3.1.1切断空载线路过电压 8

3.1.2切断空载变压器的过电压 9

3.1.3电弧接地过电压 10

3.1.4铁磁谐振过电压 11

3.1.5电磁式电压互感器饱和过电压 11

3．2雷电 12

4过电压保护设备及其保护原理、作用 13

4．1避雷器 13

4．2避雷针 14

4．3避雷线 14

4．4放电间隙 15

结束语 15

参考文献 15

摘要

电力系统过电压是危害电力系统安全运行的主要因素之一，过电压一旦发生，往往造成电气设备损坏和大面积停电事故。

过电压来自两个方面，一种是遭受雷击产生的外部过电压，另一种是操作和事故时引起的内部过电压，主要是操作过电压。

过电压的数值与电力网和结构、系统容量及参数、中性点接地方式、断路器性能等有关。

通常采用避雷器、避雷针、避雷线等方法限制外部过电压。

而对于内部过电压，针对操作中产生过电压的形式可采取不同的控制措施，如对于谐振过电压，可采用并联电阻或改变系统运行参数的方法加以限制，对于电弧接地过电压，则产用将系统中性点直接接地的方法等，以达到保证设备安全、系统安全、人员安全的目的。

关键词：

过电压危害防止限制

前言

本系统拥有近二十座110kV、35kV微机综合自动化变电站，吸收xxx、xxx、xxx三个大型发电厂及若干小电厂的电能向xx区供电，并通过重庆xxx变电站同国网相联，是一个具有较高综合自动化水平的大中型电网。

但设备多，接线复杂，且各变电站的设备型号不一，如果发生过电压必将引起电网绝缘溥弱环节击穿，引发严重的电气事故。

因此，必须，采取防护措施。

本系统采用性能优良的避雷器、选用灭弧能力强的高压为路器，提高断路器动作的同期性，在断路器断口加装并联电阻、使电网中性点直接接地运行等方法对过电压加以限制。

1过电压的基本概念

电力系统中的各种设备在运行过程中，除了受到长期的工作电压的作用（要求它能长期耐受、不损坏、也不会迅速老化）外，还会受到比工作电压高得多的过电压的短时作用。

1．1过电压的定义

电力系统正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压下，但是，由于雷电、操作、故障或参数配合不当等原因，会使电力系统中某些部分的电压突然升高，成倍地超过其额定电压，此种电压升高的即称为过电压。

1．2过电压的分类

过电压总体上可以分为外部过电压（又称为大气过电压）和内部过电压。

大气过电压是由直击雷引起的，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷电活动强度直接相关，而与设备电压等级无关。

它根据雷击的位置不同分为直击雷过电压、感应雷过电压侵入波过电压。

直击雷过电压。

是雷电放电进，直接击在输电线路、杆塔或建筑物。

大量雷电流通过被击中物体，经被击中物体的阻抗接地，在阻抗上产生电压降，使被击点出现很高的电位。

损坏电气设备或送电线路的绝缘。

变电站和送电线路通常采用避雷针、避雷线作为直击雷保护。

感应雷过电压。

雷雨季节空工出现雷云进，雷云带有电荷，对地及地面上的一些导电物体都会有静电感应，地面和附近输电线路都会感应出异种电荷，当雷云对地面或其他物体放电时，雷云的电荷迅速流动地中，输电线上的感应电荷不再受束缚而迅速流动，电荷的迅速流动产生感应雷电波，其电压也很高，其幅值可达500~600Kv，它对电气设备绝缘的破坏性很大。

这种情况下产生的就是感应雷过电压，感应过电压对35kV以下的送电线路和电气设备威胁很大，常因感应雷而引起事故。

根据多年运行经验，变电所避雷针遭受直击雷时，附近三相母线将产生感应过电压，使35kV的绝缘子和10kV的绝缘子闪络引起事故的情况偶有发生，特别是配电系统由于感应过电压引起的事故是较多的，因此，对感应过电压的危害也应引起足够的重视。

内部过电压是由于操作（合闸、拉闸）、事故、（接地、断线等）或其他原因，引起电力系统的状态发生突然变化，出现从一种稳定状态转谈为另一种稳定状态的过程，在这个过程中可能产生对系统有威胁的过电压。

这些过电压是系统内部电磁能的振荡和积聚所引起的，所以叫内部过电压。

内部过电压可分为操作过电压和谐振过电压。

操作过电压出现在系统操作或故障情况下。

谐振过电压是由于电力网中的电容元件和电感元件（特别是带铁芯的电感元件）参数的不利组合谐振而产生的。

其中操作过电压还可细分为切除空载线路引起的过电压、空载线路合闸引起过电压、系统解列过电压以及电弧接地过压物切除空载变压器的过电压。

谐振过电压也可进一步细分为工频过电压（由长线电容效应、不对称接地故障、甩负荷引起）和谐振过电压（包括线性谐振、铁磁谐振和参数谐振）等。

内部过电压其幅值可达3~4倍相电压，常常会造成电气设备的损坏，引起事故。

因此必须采取相应的措施限制内部过电压的幅值，以保证电力系统安全运行。

2过电压的危害

2．1雷击过电压的危害

雷击过电压引起暂态高电压或过电压常常通过网络线路藕合或转移到网络设备上，造成设备损坏。

对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变电站到达变压器中性点、系统单相接地、非全相运行、特别是变压器励磁电感与线路电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频过电压，对分级绝缘变压器中性构成威胁，甚至使绝缘损坏。

特别地，雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，它将引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。

从电力工程的角度来看，最值得我们注意的有两个方面：

首先，雷电放电在电国系统中引起很高的雷电过电压（亦称为大气过电压），它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一；其次雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。

雷击过电压又分为纵向过电和横向过电压

1）纵向过电压的：

在平衡线路某点出现的对地过电压称为纵向过电压。

地电位上升起电压，可看作是从地系统侵入的纵向过电压。

2）横向过电压：

在平衡电路线与线之间，或不平衡线路的线与地之间出现的过电压称为横向过电压。

连接对称平衡传输线路的设备由于线路中的两线分别对地的纵向过电压不平衡，或因纵向防护元件动作时间的差异，都会导致横向过电压的产生。

连接同轴电缆系统的电子设备，纵向过电压即为横向过电压。

本系统具有较高的自动化水平，多数变电站为微机综合自动化变电站。

电子元件越来越多地取代了老式的电磁元件。

过电压对电子元件的损坏已不容忽视。

纵向冲击对平衡电路中设备元件的损坏有：

损坏跨接在线与地之间的元部件或其绝缘介质，击穿在线路和设备间起阻抗匹配作用的变压器匝间、层间或线对地绝缘等。

横向冲击则同信息一样，可在电路中传输，损坏内部电路的电容、电感、及耐冲击能力差的固体元件。

设备中元部件遭受雷击损坏的程度，取决于不同的绝缘水平及受冲击的强度。

对具有自行恢复能力的绝缘，击穿只是暂时的，一旦冲击消失，绝缘很快得到恢复，有些非自行恢复的绝缘介质，如果击穿后只流过很小的电流，常不会立即中断设备的运行，但随时间的推移，元部件受潮，其绝缘逐渐下降，电路特性变坏，最后将使电路中断。

有的设备元件如晶体管的集电极与发射极与基极，若发生反向击穿，就出现了永久性损坏。

对易受能量损坏的元器件，受损坏程度主要取决于流过其上的电流及持续时间。

2．2操作过电压的危害

电力系统改变设备的运行状态、系统运行方式以及事故处理均是通过倒闸操作实现的，而其本质是通过跳合开关（断路器）来达到目的。

倒闸操作是变电运行工作中不可或缺的重要组成部份。

随着电力系统物迅速发展，真空断路器在我国已经大批量地生产和使用，本站35kV及10kV均采用真空断路器，真空断路器具有运行可靠性高、维护量少、操作方便等特点，但在运行操作过程中，过电压对其损害较大。

1）截流过电压：

由于真空断路器具有良发的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组中的杂散电容充电，转变为电场能量。

对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感，且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。

从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻，产生损耗以及发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用。

但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。

因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时；应加装过电压保护设备。

2）多次重燃过电压。

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电源充电而产生的。

在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高。

如时触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧，再重燃，以至发生多次重燃现象。

多次的充放电振荡，使触头间的恢复电压逐渐升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。

3）三相开断过电压。

三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，流过该相绵弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零，致使末开断相随之被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，产生的过压加在相与相之间的绝缘上。

在开断中，小容量电机或轻负荷情下容易出现三相开断过电压。

对母线支撑件，套管以及所连接的二次设备产生影响。

2．3暂态过电压

分为工频过电压和谐振过电压。

其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大，过电压一旦发生，往往造成电气设备损坏和大面积停电事故。

许多运行经验表明，中、低压电网中过电压事故大多数都是谐振现象引起的。

由于谐振过电压的作用时间较长，在选择保护措施方面造成困难，为了尽可能地防止谐振过电压，在设计、操作电网时，应先事先进行必要的估算和安排，避免形成严重的串联谐振回路。

或采取适当的防止谐振的措施。

谐振过电压轻者令电压互感器和熔断器熔断、匝间短路或爆炸，重者发生避雷器爆炸、母线短路、厂用电失电等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。

3过电压的防止措施

3．1变电站倒闸操作

变电站是电力系统的重要组成部分，倒闸操作是变电运行工作的主要内容，分别针对变电站内部产生过电压的五种原因提出限制过电压措施及方法，能指导运行人员正确理解控制措施的原理和正确进行倒闸操作，以达到限制过电压的目的。

3.1.1切断空载线路过电压

切断空载线路是常见的倒闸操作，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。

5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