变压器操作过电压的产生与防护

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巡回指导和分段检查，注重培养学生的工程规范意识。

4.3 课程教学考核设计
实习考核是实习过程的重要组成部分，按照过程性评价与效果性评价相结合的原则，检查学生的学习质量，检验教学效果，以达到促进学生学习，促进教师总结教学经验，改进教学方法，提高教学质量的目的。

考核既要考核学生掌握专业知识、专业技能的水平，也要考核学生在实习过程中的学习态度。

课程评价数据来源于过程性评价数据和效果性评价数据两方面：过程性评价数据包括学生个人考勤成绩、课堂表现成绩等；效
果性评价其实就是终结性评价，包括学生实习报告、个人制作作品评价。

所以电子生产实习课程最终考核从实习表现、实际操作和实习报告三方面进行综合评定成绩。

其中实习表现占总成绩的30%，实际操作占总成绩的60%，实习报告占总成绩是10%。

4.4 达成度计算
评价结果则基于对毕业生要求的达成度，达成度越高表明学生在该毕业要求所对应的能力培养方面效果越好。

通过达成度计算来考核该课程是否符合专业认证要求，这就要求根据确定支撑指标点在每个评分点对应的权重情况，具体见表2所示。

5 结论
工程教育理念在国际上一些工程教育发达国家已经经历了多年的应用，在中国也已经在各高校推广，已经有了广泛的理论积累，并被认为是一种切实有效的教育手段。

采用该方法进行的是电子生产实习课程的教学改革在南通大学工程训练中心已经实施两年，在教学过程中，以工程教育专业为标准，不断在教学中尝试新方法，思考新的教学思路，在培养学生的工程能力和提高学生学习能力方面取得了较好的效果，增强了教师进行持续改革的信心和动力。

基金项目：南通大学教学改革研究课题（课题编号：2017B89）。

作者简介：冯晓荣（1979—），女，汉族，江苏南通人，硕士，现就职于南通大学，研究方向为检测技术与智能控制、智能制造。

本文对变压器的操作过电压的产生原因进行了分析，对影响变压器操作过电压的因素进行了论述，并对如何限制这种过电压提出了相应的解决办法，采取这些措施后，变压器操作过电压得到了相应的抑制，提高了变压器的运行安全。

前言：变压器作为变电所的主要设备，人们一般只关注变电所内、外各种过电压对它的侵害，较少关注它自身在操作过程中出现的过电压。

为此本文对空载变压器在切断过程中出现的过电压进行分析计算，目的是使有关运行人员对这种常见的操作过电压，在性质和危害上有所关注和了解，在碰到类似问题时能分析处理，保证变压器运行安全可靠。

1 操作过电压的形成原因
操作过电压比大气过电压发生的机率多，而且随着电力系统及厂矿企业变电所供配电电压的提高，形成的操作过电压也随之提高，对电气设备绝缘的影响也随着增加，因此必须采取措施加以限制并有针对性的进行防护。

一般来说，操作过电压是由于操作（广泛的说是线路的结线方式和参数改变）电气设备由一种稳定状态转变为另一种稳定状态，转变过程中，系统设备本身电磁能量的振荡产生的过电压，故操作过电压与运行方式的改变有关。

正常切断与接通，故障短路跳闸及断线都能引起系统内部电磁能量的改变，发生振荡而产生过电压。

由于操作过电压是由系统内部的能量变化而产生，与电网的额定电压有关，且基本上成正比例，故过电压一般用额定相电压幅值的倍数来表示，电网的额定电压愈高，过电压的绝对值就愈大，正因为如此，设备的绝缘水平也基本上由过电压来决定。

变压器操作过电压的产生与防护
大连西太平洋石油化工有限公司 王敏杰
操作过电压的持续时间约在2502500μs 之间，较常见的操作过电压有空载线路的分合闸过电压，振荡解列过电压，切断电容器组过电压，切断空载变压器过电压，切断高压电动机过电压等。

特别是真空开关的广泛使用后，由于其灭弧性能好，切断电流大，动作速度快，使切断过程的过电压也随之增高。

2 切断空载变压器引起的操作过电压及防护
2.1 变压器操作过电压成因
为正确衡量变压器的操作过电压，一般只关注切断空载变压器，不考虑切断负载变压器。

因为变压器空载时切断，其内部磁场能量不能通过负荷释放，只能转变成电场能量而使电压升高，也就是说切断空载变压器过电压比切断负载变压器的过电压要高。

特别是真空开关的使用，由于灭弧性能好，动作速度快，在切断含有电感的空载变压器时，出现的过电压比使用其它开关切断时更高。

当我们切断空载变压器时，变压器绕组中的磁场能量在某一瞬间全部转变为电场能量，在振荡过程中使绕组上电压升高。

由于空载电流小，开断时不一
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定在电流过零时熄弧，一般都在某一数值下被强制切断。

假设在电流为i 0时切断（灭弧），此时对应的电压为u 0，瞬间能
量变化关系为：
在电弧熄灭后，L T 与C T 组成一个振荡回路如图1所示。

在振荡过程中i 0向变压器的杂散电容充电时，在某一瞬间储存在电感线圈中的磁场能量全部转变为充电于变压器杂散电容上的电场能量，此时C T
上的电压达到最大值，因此：
因为，所以。

一般变压器L T 较大，而C T 很小，数值很大。

例如，
此时过电压。

图1 切断空载变压器的等值电路
2.2 影响变压器操作过电压的因素2.2.1 变压器参数影响
从上面论述可知，变压器增加，减少，增加，一般变压器的和都是在设计变压器时基本决定，变压器材质好坏，铁芯和绕组的形状、尺寸等都直接影响和的大小，一般情况从角度考虑，使
尽可能的小。

现在生产的变压器设计时在结构上都
有所改进，增加了绕组的分布电容，同时采用冷轧硅钢片，减少激磁电流，这些措施都有利于过电压的降低。

当变压器的铁芯为热轧硅钢片、线圈型式为连续式线圈时，激磁电流多为额定电流的百分之几，杂散电容约为数千皮乏，切断空载变压器过电压较高，一般不超过4倍相电压。

当变压器采用冷轧硅钢片，纠结式线圈时，激磁电流一般不超过额定电流的百分之一，杂散电容亦较大，因而过电压一般不超过3倍相电压。

2.2.2 变压器空载电流大小的影响
在其它条件相同的情况下，空载励磁电流i M 较大时，若切断瞬间的电流i 0较小，则过电压幅值U C 较小；i M 较小时，切断瞬间的电流i 0必然较小，则过电压幅值U C 也小；i M 较大时，若切断瞬间的电流必然i 0较大，则过电压幅值U C 也较大。

这是因为切断空载变压器时的过电压幅值U C 除与变压器本身空载电流i M 大小有关外，还与切断瞬间的电流i 0有关，即同一空载电流下，不同时刻切断产生的过电压大小也就不同。

2.2.3 开关的动作速度和灭弧能力影响
改革开放前，所有企业变电所高压开关基本上都使用少油断路器，由于其灭弧性能差，动作速度慢，所以灭弧时的电流i 0较小，故也过电压幅值较小。

改革开放后，随着电力工业发展，真空开关广泛使用，由于其灭弧性能好，灭弧电流大，加上动作
速度快，切断同样的空载变压器产生的操作过电压比使用油断路器时要高。

真空开关在切断过程中，产生截流过电压、三相同时开断过电压和高频重燃过电压。

截流过电压主要取决于触头电极材料的特性；三相同时开断过电压是由于截流过电压较高，首开相有重燃发生且这种重燃不同于高频重燃，因为多次重燃不会造成电压不断增高；高频重燃过电压发生在开关上，由触头间电弧多次重燃（频率可达104-105Hz ）产生，且随重燃次数增多而增高，过电压的蝠值和陡度都很大，实测最大可达4倍以上相电压。

真空开关由于动作速度快，在切断含有电感的变压器和电动机时能出现很高的截流过电压。

根据现场实测资料，用西安电器设备制造厂生产的ZN-10/1000-300型真空开关切10/10kV ，2500kVA 的防雷变压器时产生的过电压为4.52倍相电压；合分空载变压器时，实测过电压的最大倍数为5.5倍。

这种过电压对正常运行的变压器能构成较严重的威胁。

2.3 对变压器操作过电压的限制措施
为了抑制变压器操作过电压，我们主要采取的措施有对冷轧硅钢片、纠结式线圈、220kV 及以下电压的变压器，一般不需对切断空载变压器过电压进行保护。

除此以外均应采取保护措施。

开断空载变压器过电压的能量很小，对绝缘的作用不会超过外部雷电冲击波的作用。

因此，采用新式氧化锌避雷器或性能好的普阀式避雷器即可获得可靠保护效果。

但需注意一下几点：
（1）避雷器应接在开关和变压器之间，全年投入运行。

氧化锌避雷器的系统电压应按变压器的额定电压选取，标称电压应高于变压器的额定电压（峰值），残压必须低于变压器的工频耐受电压的峰值，通流容量足够大，满足多次放电的要求。

（2）如果变压器的高低压侧电网中性点接地方式一致，避雷器可在高压侧或低压侧只装一组。

如果中性点接地方式不一致且利用低压侧的避雷器保护高压侧时，低压侧应装磁吹避雷器。

（3）对6-10kV 容量较小的干式变压器，当采用真空开关时，可在一次侧加设0.1μF 左右的电容器。

若将电容器安装在低压侧，电容值应取变压器变比平方的0.1倍。

（4）灭弧性能较差的开关，在开关断口间装设有1万欧姆以上的高阻值并联电阻，在切断变压器前先断开与电阻并联的触点，切断过程串入该电阻，使切断电流变小。

电阻最好用非线性电阻。

选择合适参数，使切断变压器时的过电压，向避雷器释放，保护变压器绕组不受断开时过电压的影响，这也是目前最常用最普遍的限制方法。

上述实例中，实测切空载变压器时出现的过电压为相电压的5.5倍，即达到31kV 。

恰好为FS-10避雷器的上限动作电压，在放电记录器指示试验中，避雷器曾动作5相次。

用氧化锌压敏电阻器抑制上述过电压也有很好效果。

氧化锌压敏电阻抑制过电压，具有良好的特性，而且它体积小、价格低，国外已广泛采用，如东芝公司将氧化锌压敏电阻器组装在真空开关内，称之为没有过电压的真空开关。

据相关试验，在切630kVA 的变压器，不加压敏电阻时过电压为3.1倍，加入压敏电阻后，过电压被抑制到不高于2.2倍。

3 结束语
通过采用上述抑制变压器操作过电压措施后，变压器得到了较好的保护，运行更加可靠，另外，运行中的变压器应提高保护和开关设备动作的可靠性，特别是使用真空开关时要防止开关触头的弹跳，重视直流电源和二次回路的配置，降低短路故障产生几率，加强设备维护；防止误操作，防止开关拒动或非同期合闸。

对6-10kV 电缆出线尽量不用重合闸，以防重复短路，避免事故扩大。

对运行遭受短路电流冲击的变压器应尽量测试检查后再投运，如有需要及时安排检修。

作者简介：王敏杰（1984—），男，辽宁大连人，大学本科，电气工程师，从事变电所运行维护工作。