浅析电力系统过电压保护

摘要：阐述了电力系统过电压的类型和危害，并结合过电压的类型，提出了防止过电压的措施。

电力系统的电气设备在运行中除了承受工作电压外，还会遭到过电压的作用和侵害。作用于电力系统的过电压，按其起因及持续时间，可分为两大类型，一种为雷电过电压，另一种为内部过电压。由雷电引起的雷电过电压，或由开关操作、工频、谐振引起的内部过电压，从其数值上已远远超过工作电压。由于过电压的存在，它将使电力系统运行的电气设备绝缘受损，设备寿命缩短，甚至造成停电事故，损毁电力设施，因此必须采取各种措施来限制和预防过电压。

一、雷电过电压

分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压由雷电流通过被击物在阻抗上产生的压降和兼有雷电通道的电磁场的感应电压共同组成，其幅值极高;感应雷过电压是在输电线路附近地面遭到雷击时，由电场和电磁场的剧烈变化形成的过电压，这种过电压多数为正极性，波前时间约l0us，其幅值一般不大于500kv，对60kv以下的线路有击穿的危险。

二、内部过电压

内部过电压是由于开关操作、故障或其它原因，使电力系统工作状况发生变化，在过渡过程中因电磁能在系统内部发生振荡而引起的过电压，称为内部过电压。其特征见表1。

操作过电压倍数，实际出现的操作过电压幅值与系统最高运行相电幅值之比，称为操作过电压倍数k。它是随机变量，与系统结线、容量及参数、中性点接地方式、断路器性能、母线出现回路数以及系统运行、操作方式等有关。在系统设计中采用的操作过电压倍数，见表2。

三、雷电过电压保护

雷电过电压保护是用来限制过电压的一种重要保护措施。如避雷器就是用来限制过电压的一种主要保护电器，它通常接于导线和大地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，释放过电压电荷，将过电压限制在一定水平，保护设备绝缘，使电网能正常供电。

1、架空送电线路的防雷保护架空送电线路的防雷保护措施有：

(1)采用避雷线，尽量减少导线受直击雷的次。

(2)减少避雷线的接地电阻或适当加强线路绝缘，以避免反击闪络。个别杆塔亦可使用管形避雷器保护。

(3)有时可用降低线路绝缘上的工频平均电场强度的办法，使发生冲击闪络后不致转为稳定的电力电弧。考虑到雷击事故中主要是单相接地，电网中性点可采用不直接接地的方式，以提高供电的可靠性。

(4)采用自动重合闸或采用双回路(或环网)供电。

2、变电站的防雷保护在变电站，对直击雷的保护采用避雷针或避雷线对侵入波则采用阀型避雷及进线段保护。进线段保护是指对未沿全线架设避雷线路，在离变电站1～

2km内的进线段上，装设避雷线及管型避雷器对直击雷进行保护，防止雷电波侵入。

3、对变压器及电力设备防止雷电侵入波的保护对变电站内变压器等电力设备防雷保护的基本任务是防止侵入波。除前述进线段保护外，主要采用阀型避雷器，当采用阀型避雷器进行保护时，必须注意到被保护设备上的过电压u，由于下述一些原因，它会超过避雷器残压ubc的额定最大值。

(1)避雷器至被保护设备连接的电感与被保护设备绝缘的等值电容组成振荡回路。振荡过程中电感中感应电势和残压迭加，共同作用于被保护设备。这种作用称为“距离效应”。如考虑被保护设备上有与行波反号的工频电压，由于振荡加强，u较ubc大得更多。

(2)流过避雷器的雷电流波前小于规定值(8us)时，实际残压将超过计算时所取的值。这种作用称为“雷电流波形效应”。

(3)由于避雷器的接地引线及接地电阻上的压降及避雷器老化等原因，实际残压可能超过额定值。因此，在被保护设备的耐受电压和避雷器残压之间要留有适当的间隔。阀型避雷器与被保护设备间的最大允许距离同上述诸因素有关，除对新建高压变电站外，一般可按过电压保护规程所规定的数据来确定。

4、电缆线路的防雷保护电缆线路一般不会遭到直击雷，雷电过电压只能从连接的架空线路侵入，故需考虑对雷电侵入波的保护。电缆的波阻抗小，约为架空线的1/10，故当入侵的雷电过电压在电缆两端来回反射时，对短电缆有可能产生很高的过电压，需装设避雷器保护。避雷器有装于电缆的始端、末端和两端等方式。

5、架空配电网的防雷保护

对3～10kv采用钢筋混凝土杆的线路，一般采用瓷横担，如采用铁横担，宜用高一级绝缘水平的绝缘子，并尽量缩短切除故障时间，以减少雷击跳闸率和断线等事故。另外，按防止侵入波的要求，在进线上需装设避雷器或保护间隙及短段避雷线保护措施。对3～10kv配电变压器，应用阀型避雷器保护。也可两相用避雷器一相用间隙保护，在同一配电网中，间隙必须装在同一相等线上，或者三相均用间隙保护，保护装置应尽量靠近变压器，其接地线应与变压器低压侧中性点或中性点击穿保险器的接地端(对中性点不接地的电网)以及金属外壳连在一起接地。

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