電力系統過電壓主要分以下幾種類型:大氣過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓。

 

    大氣過電壓：由直擊雷或雷電感應突然加到電力系統中，使電氣設備所承受的電壓遠遠超過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。電力系統遭受大氣過電壓后，可使輸配電線路及電氣設備的絕緣發生擊穿或閃絡，造成停電以致危害人的生命安全。特點是持續時間短暫,沖擊性強,與雷擊活動強度有直接關系,與設備電壓等級無關。因此,220KV以下系統的絕緣水平往往由防止大氣過電壓決定。防止大氣過電壓，通常采取裝設避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，采用自動重合閘裝置等措施。

 

    工頻過電壓：系統中在操作或接地故障時發生的頻率等于工頻(50 Hz)或接近工頻的高于系統最高工作電壓的過電壓。特點是持續時間長,過電壓倍數不高,一般對設備絕緣危險性不大,但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用當系統操作、接地跳閘后的數百毫秒之內，由于發電機中磁鏈不可能突變，發電機自動電壓調節器的慣性作用，使發電機電動勢保持不變，這段時間內的工頻過電壓稱為暫時工頻過電壓。隨著時間的增加，發電機自動電壓調節器產生作用，使發電機電動勢有所下降并趨于穩定，這時的工頻過電壓稱為穩態工頻過電壓。產生工頻過電壓的主要原因是：空載長線路的電容效應，不對稱接地引起的正序、負序和零序電壓分量作用，系統突然甩負荷使發電機加速旋轉等。限制工頻過電壓應針對具體情況采取專門的措施，常用的方法有：采用并聯電抗器補償空載長線的電容效應，選擇合理的系統中性點運行方式，對發電機進行快速電壓調整控制等等。

 

    操作過電壓:由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統參數突然變化，系統由一種狀態轉換為另一種狀態，在此過渡過程中系統本身的電磁能振蕩而產生的過電壓。特點是具有隨機性,但最不利情況下過電壓倍數較高。操作過電壓原因及規避措施:

 

    1 電網的操作過電壓一般由下列原因引起

 

    A.線路合閘和重合閘; B.空載變壓器和并聯電抗器分閘; C.線路非對稱故障分閘和振蕩解列; D.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過電壓對電網設備絕緣配合有重要影響，應采用有合閘電阻的斷路器對該過電壓加以限制。避雷器可作為變電所電氣設備操作過電壓的后備保護裝置，該避雷器同時是變電所的雷電過電壓的保護裝置。 設計時對A、C 類過電壓，應結合電網條件加以預測。

 

    2 線路合閘和重合閘操作過電壓

 

    空載線路合閘時，由于線路電感-容的振蕩將產生合閘過電壓。線路重合時，由于電源電勢較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過程，使過電壓進一步提高。因此斷路器應安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過電壓。 應按電網預測條件，求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運行中使用時)的過電壓分布，求出包括線路受端的相對地及相間統計操作過電壓。預測這類操作過電壓的條件如下： A.空載線路合閘，線路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網最高電壓; B.成功的三相重合閘前，線路受端曾發生單相接地故障;非成功的三相重合閘時，線路受端有單相接地故障。 空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運行中使用時)，在線路受端產生的相對地統計操作過電壓，不應大于2 2UXG 。

 

    3 分斷空載變壓器和并聯電抗器的操作過電壓

 

    由于斷路器分斷這些設備的感性電流時強制熄弧所產生的操作過電壓，應根據斷路器結構、回路參數、變壓器(并聯電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過電壓一般可用安裝在斷路器與變壓器(并聯電抗器)之間的避雷器予以限制。對變壓器，避雷器可安裝在低壓側或高壓側，但如高低壓電網中性點接地方式不同時，低壓側宜采用磁吹閥型避雷器。當避雷器可能頻繁動作時，宜采用有高值分閘電阻的斷路器。

 

    4 線路非對稱故障分閘和振蕩解列操作過電壓

 

    電網送受端聯系薄弱，如線路非對稱故障導致分閘，或在電網振蕩狀態下解列，將產生線路非對稱故障分閘或振蕩解列過電壓。 預測線路非對稱故障分閘過電壓，可選擇線路受端存在單相接地故障的條件，分閘時線路送受端電勢功角差應按實際情況選取。 有分閘電阻的斷路器，可降低線路非對稱故障分閘及振蕩解列過電壓。當不具備這一條件時，應采用安裝于線路上的避雷器加以限制。

 

    5 對于空載線路分閘過電壓

 

    應采用在電源對地電壓為1.3UXG 條件下分閘時不重燃的斷路器加以防止。

 

    6 變電所應安裝避雷器

 

    以防止操作過電壓損壞電氣設備。安裝位置如下： A.出線斷路器線路側的每一線路入口側，稱安裝于該位置的避雷器為線路避雷器; B.出線斷路器變電所側，稱安裝于該位置的避雷器為變電所避雷器。 所有避雷器具體安裝位置和數量尚應結合4.4.2 確定。 注：線路入口處無并聯電抗器時，如預測(對斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈條件)

 

    該處過電壓不超過避雷器操作過電壓保護水平時，可不必在該處安裝避雷器。

 

    7 具有串聯間隙避雷器的額定電壓

 

    應不低于安裝點的電網工頻過電壓水平。

 

    8 應用金屬氧化物避雷器限制操作過電壓時

 

    應參照廠家產品使用說明書，使其長期運行電壓值、工頻過電壓、諧振過電壓允許持續時間符合電網要求。

 

    9 避雷器的操作過電壓通流容量

 

    允許吸收能量應符合電網要求(對斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈的條件)。 此外，還應校核避雷器上的電壓是否超過其規定保護水平。當超過時，應考慮其對絕緣配合的影響。

 

    10 為監測運行電網的工頻過電壓

 

    諧振過電壓和操作過電壓，宜在變電所安裝過電壓波形或幅值的自動記錄裝置，并妥為收集實測結果。

 

    限制操作過電壓的措施有;選用滅弧能力強的高壓開關;提高開關動作的同期性;開關斷口加裝并聯電阻;采用性能良好的避雷器，如氧化鋅避雷器;使電網的中性點直接接地運行。

 

    諧振過電壓：電力系統中一些電感、電容元件在系統進行操作或發生故障時可形成各種振蕩回路,在一定的能源作用下,會產生串聯諧振現象,導致系統某些元件出現嚴重的過電壓。諧振過電壓分為以下幾種:

 

    (1) 線性諧振過電壓 諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統中的電容元件所組成。

 

    (2) 鐵磁諧振過電壓 諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象,使回路的電感參數是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時,會產生鐵磁諧振。

 

    (3) 參數諧振過電壓 由電感參數作周期性變化的電感元件(如凸極發電機的同步電抗在Xd ～ Xq間周期變化)和系統電容元件(如空載線路)組成回路,當參數配合時,通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統輸送能量,造成參數諧振過電壓。

 

    限制諧振過電壓的主要措施有:

 

    (1) 提高開關動作的同期性 由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的,因此提高開關動作的同期性,防止非全相運行,可以有效防止諧振過電壓的發生。

 

    (2) 在并聯高壓電抗器中性點加裝小電抗，用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯諧振。

 

    (3) 破壞發電機產生自勵磁的條件,防止參數諧振過電壓。