隔離變壓器過電壓保護(hù)及過電壓對(duì)電網(wǎng)的影響

　　隔離變壓器是電網(wǎng)中用于變換電壓、傳輸電能的電氣設(shè)備，是電網(wǎng)中為用戶供電的載體。隔離變壓器的anquan可靠運(yùn)行是一大亮點(diǎn)。但在電網(wǎng)運(yùn)行中，由于多種原因會(huì)發(fā)生過電壓，隔離變壓器的絕緣水平相對(duì)較弱。在造成隔離變壓器傷害的原因中，過電壓造成傷害的概率zui高。電網(wǎng)運(yùn)行中由于某種原因產(chǎn)生的過電壓必然導(dǎo)致隔離變壓器損壞，其絕緣等級(jí)主要由雷電耐壓和工頻耐壓決定。

　　過電壓是指對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的突然電壓升高。這種異常的電壓升高可達(dá)設(shè)備額定電壓的數(shù)倍，嚴(yán)重威脅隔離變壓器絕緣的anquan。過電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，肯定會(huì)對(duì)隔離變壓器造成傷害。為了保證電網(wǎng)運(yùn)行中隔離變壓器的anquan，除了選擇youzhi的隔離變壓器外，還應(yīng)對(duì)隔離變壓器設(shè)置合理有效的過電壓保護(hù)措施。

　　一、電網(wǎng)過電壓的機(jī)理

　　電力系統(tǒng)過電壓一般可分為臨時(shí)過電壓(工頻過電壓、諧振過電壓、電弧接地過電壓)、操作過電壓、雷電過電壓等。暫態(tài)過電壓主要由單相接地故障和諧振引起。諧振過電壓是指電網(wǎng)中電氣設(shè)備故障或設(shè)備頻繁運(yùn)行引起電網(wǎng)電感電容匹配，在一定條件下電能和磁能相互轉(zhuǎn)換而引起的過電壓。如果是隔離變壓器勵(lì)磁電感和對(duì)地電容引起的鐵磁諧振，過電壓會(huì)更高。電弧接地過電壓是由于系統(tǒng)單相接地故障，在接地點(diǎn)發(fā)生電弧放電而引起的過電壓。

　　操作過電壓是指電網(wǎng)狀態(tài)突然變化，或大容量設(shè)備投切，或設(shè)備誤操作引起的電磁場(chǎng)能量快速釋放。主要表現(xiàn)在空載線路、隔離變壓器開重合閘等。

　　雷電過電壓是帶大量正電荷的雷云與帶負(fù)電荷的雷云在大氣中相遇時(shí)，雷云放電引起的過電壓。雷電過電壓可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)過電壓。直擊雷過電壓是雷云對(duì)設(shè)備和元器件直接放電引起的，感應(yīng)過電壓是電磁場(chǎng)快速變化引起的。

　　二、電網(wǎng)過電壓危害為隔離變壓器

　　電網(wǎng)中產(chǎn)生的幾種zhenzheng影響隔離變壓器絕緣和保護(hù)裝置的過電壓，主要取決于過電壓的波形。振幅和持續(xù)時(shí)間。檢查設(shè)備絕緣水平的電壓波形有三種:短波前的雷電波、長(zhǎng)波前的操作波和低頻電壓波。應(yīng)通過相應(yīng)的波形電壓檢查設(shè)備絕緣對(duì)雷電、運(yùn)行或工頻電壓的電阻。

　　在過電壓對(duì)隔離變壓器造成破壞的事故中，雷電過電壓對(duì)絕緣擊穿造成的破壞zui大。電網(wǎng)遭受雷擊時(shí)，線路導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)幅值大、作用時(shí)間短的非周期脈沖電壓波，以光速沿線路傳播，先在線路避雷器處放電，后波通過隔離變壓器進(jìn)入地面。當(dāng)后波通過隔離變壓器保護(hù)的避雷器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓降(剩余電壓)，作用于隔離變壓器。如果隔離變壓器與避雷器之間存在一定的電氣距離，則剩余電壓在進(jìn)入前會(huì)在該距離的導(dǎo)體內(nèi)振蕩，導(dǎo)致電壓升高，導(dǎo)致施加在隔離變壓器上的電壓高于剩余電壓，從而威脅隔離變壓器的絕緣anquan。因此，在安裝隔離變壓器保護(hù)避雷器時(shí)，需要盡量保持避雷器與隔離變壓器的距離。

　　電網(wǎng)中的諧振過電壓或操作過電壓，過電壓幅值大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。還會(huì)威脅隔離變壓器運(yùn)行的anquan，甚至導(dǎo)致絕緣擊穿，破壞隔離變壓器。

　　此外，逆變換過電壓對(duì)隔離變壓器的危害也不容忽視。避雷器用于隔離變壓器防雷時(shí)，避雷器的接地線、中性線和隔離變壓器外殼采用“三位一體”的方式接地。在隔離變壓器運(yùn)行時(shí)，如果高壓側(cè)被雷擊，會(huì)引起避雷器放電，剩余電壓作用在高壓繞組上。由于高壓繞組阻抗高，容抗小，雷電流只流過高壓繞組和電容對(duì)地。當(dāng)電路通過接地點(diǎn)放電時(shí)，會(huì)對(duì)接地電阻產(chǎn)生較大的沖擊壓降，沖擊壓降也會(huì)通過中性線作用于低壓繞組，流經(jīng)低壓繞組的雷電流也會(huì)產(chǎn)生磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，這種磁通量在高壓繞組上隔離變壓器處會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生非常高的感應(yīng)電壓，稱為“逆變換過電壓”。電壓幅值比剩余電壓大幾倍到幾十倍，也會(huì)造成隔離變壓器絕緣擊穿損壞。

　　三、電網(wǎng)過電壓的保護(hù)措施

　　1.安裝避雷針進(jìn)行保護(hù)

　　避雷針能有效地將雷電流引向自身并anquan進(jìn)入地面，是保護(hù)直擊雷的有效措施。變電站和電氣設(shè)備一般采用避雷針保護(hù)，保護(hù)范圍取決于避雷針的高度和數(shù)量。如果用多根避雷針保護(hù)，范圍更大，效果更好。同時(shí)，為防止反擊事故，避雷針的接地網(wǎng)設(shè)置和接地電阻值bixu符合技術(shù)規(guī)范，避雷針與機(jī)架、隔離變壓器、斷路器等設(shè)備的距離。bixu滿足技術(shù)要求，這樣才能達(dá)到良好的防雷效果。

　　2.架設(shè)避雷線進(jìn)行保護(hù)

　　在變電站附近區(qū)域的供電進(jìn)線上方架設(shè)避雷裝置，可以大大降低雷電侵入波對(duì)供電進(jìn)線的概率。在避雷線以外的線路上發(fā)生雷擊時(shí)，由于進(jìn)線的阻抗限制了流經(jīng)避雷器的雷電流，導(dǎo)線上的沖擊電暈降低了雷電侵入波的陡度和幅值，從而降低了避雷器保護(hù)隔離變壓器的剩余電壓，有利于與隔離變壓器絕緣配合，對(duì)隔離變壓器的防雷起到了很好的作用。

　　3.安裝避雷器進(jìn)行保護(hù)

　　在電網(wǎng)中，無論是無間隙氧化鋅避雷器還是有間隙普通閥門避雷器，選擇和使用避雷器保護(hù)過電壓的一個(gè)普遍原則是:避雷器的額定電壓不應(yīng)低于安裝避雷器處的暫態(tài)過電壓；隔離變壓器中性避雷器的額定電壓不得低于隔離變壓器的zui高相電壓。如果選用避雷器的額定電壓較低，對(duì)于閥式避雷器，如果線路發(fā)生單相接地故障，由于變壓器中性點(diǎn)過電壓，不會(huì)滅弧，導(dǎo)致爆炸；對(duì)于無間隙氧化鋅避雷器，在一次過電壓下也會(huì)吸收過多的能量而劣化損壞。相反，如果避雷器的額定電壓選得高，相應(yīng)的沖擊放電電壓和剩余電壓就會(huì)增加，保護(hù)電氣設(shè)備的限壓效果就會(huì)變差。

　　對(duì)于常見的帶間隙的閥式避雷器，其閥板的電阻值隨流過它的電流而變化。當(dāng)大的雷電流通過閥板時(shí)，其非線性電阻表現(xiàn)出很大的導(dǎo)電性，使得避雷器的剩余電壓不高。在正常電壓下，非線性電阻的導(dǎo)電率會(huì)降低，將工頻續(xù)流限制在很小的值，為火花隙切斷續(xù)流創(chuàng)造了有利條件，降低了避雷器短時(shí)間作用的沖擊放電電壓，從而保護(hù)隔離變壓器的anquan運(yùn)行。

　　隔離變壓器防雷采用“三位一體”接地方式。接地裝置和接地電阻值是否能滿足技術(shù)要求，避雷器與隔離變壓器的電氣距離能否達(dá)到“lingjuli”，是隔離變壓器有效保護(hù)的關(guān)鍵。當(dāng)隔離變壓器被雷電擊中時(shí)，流經(jīng)接地電阻的雷電也會(huì)產(chǎn)生壓降。這個(gè)電壓和剩余電壓會(huì)一起作用在隔離變壓器繞組上，也會(huì)威脅到隔離變壓器的anquan。

　　總之，避雷器的防雷效果取決于避雷器的剩余電壓、侵入波的陡度以及避雷器與隔離變壓器的電氣距離。在選擇避雷器時(shí)，伏秒特性的上限bixu低于隔離變壓器伏秒特性的下限，避雷器的剩余電壓也應(yīng)小于隔離變壓器允許的絕緣和耐壓程度，其值也應(yīng)小于沖擊波的幅度，這樣避雷器才能起到過電壓保護(hù)作用。

　　4.隔離變壓器中性點(diǎn)過壓保護(hù)

　　變電站位于多雷區(qū)，為單電源進(jìn)線，因此三相雷電侵入波概率高，因此主隔離變壓器中性點(diǎn)需采用避雷器保護(hù)。隔離變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)可單獨(dú)設(shè)置，隔離變壓器中性點(diǎn)無間隙氧化鋅避雷器(簡(jiǎn)稱中性點(diǎn)MOA)可單獨(dú)使用。中性點(diǎn)金屬氧化物避雷器可以保護(hù)雷電過電壓和操作過電壓。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作靈敏、殘壓低、電流容量大，對(duì)保護(hù)主隔離變壓器中性點(diǎn)免受過電壓有很好的效果。

　　此外，電流中性點(diǎn)MOA的額定電壓比較高，當(dāng)中性點(diǎn)電位偏差不大時(shí)，MOA仍有較好的保護(hù)效果。有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，主隔離變壓器中性點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生1倍工頻相電壓，該電壓不會(huì)對(duì)MOA造成損壞。

　　如果中性點(diǎn)電位嚴(yán)重偏離，避雷器在運(yùn)行中的anquan將受到威脅。當(dāng)中性點(diǎn)過電壓達(dá)到工頻相電壓的2倍以上時(shí)，避雷器會(huì)因電流不足而損壞，可能危及主變壓器的anquan。雖然發(fā)生這種情況的概率很小，但為了主變的anquan，除了利用中性點(diǎn)MOA保護(hù)主變中性點(diǎn)過電壓外，還可以將橫條間隙與避雷器并聯(lián)，限制工頻過電壓。條形間隙并聯(lián)避雷器的保護(hù)作用是用避雷器保護(hù)雷電和操作過電壓，而間隙是用來限制幅值較大的工頻過電壓。這種保護(hù)方式既保護(hù)了隔離變壓器中性點(diǎn)過電壓，又達(dá)到了相互保護(hù)的目的。

　　5.保護(hù)三個(gè)繞組隔離變壓器

　　繞組3隔離變壓器有三個(gè)繞組:高、中、低壓。運(yùn)行中如果雷電波侵入高壓側(cè)，過電壓會(huì)通過靜電耦合和電磁感應(yīng)傳遞到低壓繞組。當(dāng)高、中壓繞組運(yùn)行，低壓繞組開路時(shí)，低壓繞組對(duì)地電容小，繞組上的靜電感應(yīng)電壓分量會(huì)達(dá)到很高的值，會(huì)危及低壓繞組的絕緣anquan。為了限制過電壓的危害，低壓繞組需要由插座外的避雷器保護(hù)。

　　在隔離變壓器運(yùn)行時(shí)，如果系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱接地故障，或者由于斷路器非全相動(dòng)作而產(chǎn)生零序電壓，該電壓將通過電容耦合傳遞到低壓繞組。由于該電壓具有工頻過電壓的特點(diǎn)，也會(huì)危及低壓繞組的絕緣anquan。因此，除了選擇同期性能好的斷路器外，通常在隔離變壓器低壓側(cè)母線橋上安裝三個(gè)Y。利用接線電容增加低壓側(cè)對(duì)地電容，可以有效吸收和降低過電壓的幅值和陡度，從而達(dá)到保護(hù)過電壓的效果。

　　6.低壓系統(tǒng)的隔離變壓器保護(hù)

　　隔離變壓器低壓側(cè)供電線路長(zhǎng)，易受雷電波攻擊。當(dāng)?shù)蛪壕€路被雷擊時(shí)，電壓分別作用在低壓繞組和接地電阻上。由于電磁感應(yīng)，侵入的雷電流會(huì)按照隔離變壓器的比例在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。為防止高壓繞組受到反變換過電壓的危害，在低壓側(cè)出口處應(yīng)安裝一組金屬氧化物避雷器，以yizhi低壓繞組產(chǎn)生的沖擊磁通，從而起到過電壓保護(hù)的作用。

　　此外，由于Y和Zn11連接組的隔離變壓器繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如果采用這種隔離變壓器，對(duì)逆變換的過電壓也將起到很好的yizhi作用，可以有效保護(hù)“逆變換過電壓”對(duì)隔離變壓器造成的損害。

　　四、結(jié)束語

　　隔離變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其絕緣水平相對(duì)較弱，過電壓造成隔離變壓器損壞的概率zui高。為了保證隔離變壓器的anquan可靠運(yùn)行，除了選擇高質(zhì)量的隔離變壓器外，還需要對(duì)運(yùn)行的隔離變壓器設(shè)置有效的過壓保護(hù)。根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)和接地方式，隔離變壓器中性點(diǎn)發(fā)生過電壓的概率較大。除變電站和電網(wǎng)過電壓保護(hù)外，隔離變壓器中性點(diǎn)應(yīng)設(shè)置合理的過電壓保護(hù)，確保隔離變壓器anquan穩(wěn)定運(yùn)行。