变压器的过电压现象及其保护措施
变压器的过电压保护
变压器是电网变换电压和传送电能的电气设备，是电网向用户供电的载体，变压器的安全可靠运行情系万家灯火。然而在电网运行中由于诸多原因会产生过电压，而变压器的绝缘水平相对比较薄弱，在变压器损坏的原因中，过电压造成损坏的概率最大。在电网运行中因某种原因产生过电压，必将导致变压器的损坏，其绝缘水平主要由雷电击耐受电压和工频耐受电压来决定。
过电压系指对绝缘有危险的突然电压升高，这种非正常的电压升高，其幅值可达设备额定电压的几倍以上，严重威胁变压器绝缘的安全，若过电压持续时间较长，必将造成变压器的损坏。为确保电网运行中变压器的安全，除选用优质的变压器外，还要对变压器设置合理有效的过电压保护措施。
一、电网过电压产生的机理
电力系统的过电压一般可分为暂时过电压(工频过电压、谐振过电压、弧光接地过电压)、操作过电压、雷电过电压等。暂时过电压主要由单相接地故障、谐振等引起的。谐振过电压是电网中电气设备发生故障，或频繁操作设备引起电网中电感和电容匹配而构成谐振回路，在一定条件激发下产生电能、磁能转换而引起的过电压，如是变压器的励磁电感和对地电容产生的铁磁谐振，其引起的过电压会更高。弧光接地过电压系因系统发生单相接地故障，在接地点因弧光放电而引起的过电压。
操作过电压系因电网状态的突变而引起电磁场能量的急剧变化，或投切大容量设备，或是对设备的操作失误等而引起能量快速释放时产生的过电压。主要表现在空载线路、变压器的开断和重合闸等。
雷电过电压是大气中带有大量正电荷雷云与带负电荷雷云相遇时，发生雷云放电而引起的过电压。雷电过电压可分为直击雷过电压和感应过电压。直接雷过电压是雷云直接对设备、构件等导体的放电产生的，而感应过电压则是电磁场的急剧变化而产生的。
变压器局部放电
变压器局部放电
变压器是电力系统中不可缺少的设备，用于改变电压的大小，以实
现电能的传输和分配。然而，变压器在运行过程中可能会出现局部放
电的问题。局部放电是指在变压器内部的绝缘材料中发生的局部放电
现象，它可能会导致设备故障和电力系统的不稳定性。本文将讨论变
压器局部放电的原因、检测方法以及预防措施。
一、局部放电的原因
1. 绝缘材料缺陷：变压器的绝缘材料可能存在缺陷，如气泡、杂质
和裂缝等。这些缺陷会影响材料的绝缘性能，从而导致局部放电的发生。
2. 老化和磨损：长时间的运行和负荷变化会导致变压器内部的绝缘
材料老化和磨损。老化的绝缘材料会失去原有的绝缘性能，容易引发
局部放电。
3. 过电压：电力系统中的过电压是变压器局部放电的主要原因之一。过电压可能由外部因素，如雷击，或者内部因素，如开关操作而产生。当电压超过材料的击穿电压时，局部放电就会发生。
二、局部放电的检测方法
1. 电压法：通过测量变压器的局部放电产生的脉冲电压来进行检测。这种方法需要使用高频电压脉冲发生装置和电磁传感器来采集变压器
局部放电产生的脉冲信号。通过分析脉冲信号的特征可以判断局部放
电的程度和位置。
2. 频谱分析法：该方法通过对变压器的电流或电压信号进行频谱分
析来检测局部放电。局部放电会产生特定的频谱特征，通过对频谱图
的分析可以确定局部放电的存在和程度。
3. 热像仪法：利用红外热像仪对变压器表面进行扫描，通过测量热
量分布来检测局部放电。局部放电会产生热量，导致变压器表面温度
的异常升高。热像仪可以实时监测变压器表面温度的变化，从而判断
过电压问题及其解决方案
过电压问题及其解决方案
过电压问题及其解决方案
1. 引言
过电压是在电力系统中经常遇到的一个问题，它给电力设备和系统带
来了许多隐患和安全风险。在本篇文章中，我们将探讨过电压的概念、原因和解决方案。希望通过深入了解这个主题，可以帮助读者更好地
理解和应对过电压问题。
2. 过电压的定义和原因
过电压是指电力系统中电压瞬时或持续上升到超过额定电压的现象。
它可能由电力系统中的各种原因引起，包括雷击、开关操作、电力设
备故障、突然负载变化等等。
2.1 雷击
雷击是导致过电压的最常见原因之一。当雷电击中地面或电力线路附
近的物体时，会引发短暂而强大的电压脉冲，进而导致电力系统中的
过电压。
2.2 开关操作
电力系统中的开关操作也会导致过电压问题。当电力系统中的开关打
开或关闭时，会产生感应电动势，导致电压瞬时上升。如果这种瞬时电压超过了设备的额定电压，则可能产生过电压。
2.3 电力设备故障
电力设备故障是另一个常见的过电压原因。变压器内部短路或绕组接地故障可能会导致电压上升。
2.4 突然负载变化
突然的负载变化也可能引发过电压。一台大型电机的突然开动可能使电压短期内上升。
3. 过电压的危害
过电压问题对电力设备和系统都带来了一系列的危害。过电压会导致设备的过载和过热，从而降低设备的寿命。过电压可能引发设备的击穿和损坏，甚至会导致火灾和爆炸风险。过电压还会导致系统的不稳定和停电，给用户带来不便和损失。
4. 过电压的解决方案
为了应对过电压问题，我们可以采取以下几种解决方案：
4.1 避雷器
避雷器是一种能够保护电力设备不受雷击和过电压影响的装置。它通过将过电压分散到大地来保护设备。避雷器通常安装在输电线路、变
过电压指标、标准、措施
过电压指标、标准、措施
一、过电压定义及指标
1、过电压定义
过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大与1分钟的长时间电压变动现象；过电压的出现通常是负荷投切的结果，例如：切断某一大容量负荷或向电容器组增能（无功补偿过剩导致的过电压）。
过电压分外过电压和内过电压两大类。
（1）外过电压
又称雷电过电压、大气过电压，由大气中的雷云对地面放电而引起的，分直击雷过电压和感应雷过电压两种。大气过电压由直击雷引起，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系，与设备电压等级无关。因此220KV 以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。
1）雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性。直击雷过电压是雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。
2）感应雷过电压是雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。
（2）内过电压
电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压，有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。
1）暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。特
点是持续时间长，过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大，但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。
谈变压器的过电压现象及其保护措施08
谈变压器的过电压现象及其保护措施
变压器运行时，如果电压超过它的最大允许工作电压，称为变压器的过电压。过电压往往对变压器的绝缘有很大的危害，甚至使绝缘击穿。过电压分为内部过电压和大气过电压两种。输电线路直接遭雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压(外部过电压)；当变压器或线路上的开关合闸或拉闸时，因系统中电磁能量振荡和积聚而产生的过电压称为内部过电压。变压器的这两种过电压都是作用时间短促的瞬变过程。
内部过电压一般为额定电压的3.0－4.5倍，而大气过电压数值很高，可达额定电压的8－12倍，并且绕组中电压分布极不均匀，端头部分线匝受到的电压很高。因此，必须采取必要的措施，防止过电压的发生和进行有效的保护。
过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况，一是将绕组与铁心(或油箱)之间的绝缘高压绕组与低压绕组之间的绝缘(这些绝缘称为主绝缘)击穿；另一种是在同一绕组内将匝与匝之间或一段绕组与另一段绕之间的绝缘(这些绝缘称为纵绝缘)击穿。
由于过电压时间极短，电压从零上升到最大值再下降到零均在极短的时间内完成，因而具有高频振荡的特性，其频率可达100kHZ以上。在正常运行时，电网的频率是50HZ，变压器的容抗很大，而感抗ωL很小，因此可以忽略电容的影响，认为电流完全从绕组内部流过。但对高频过电压波来说，变压器的容抗变成很小，而感抗变成很大，此时电流主要由电容流过，所以必须考虑电容的影响。考虑电容影响后，变压器的分布参数电路为：
其中：
C Fe ——绕组每单位长度上的对地电容；
C ’——高低压绕组之间每单位长度上的电容；
电力变压器过电压现象分析与保护
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四 川 水 利
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电力变压器是发 电厂 、 电站的 主要 电气 设备 ， 变 担负
向两 边运动 ， 其持 续 时 问 仅 几 十 ｓ 而波 头 部 分 （ 段 ， 线 Ｏ） ａ 时问更短 ， 仅几个 ｓ 不到 一 ｓ 或 。当电磁波 到达变 压 器时 ， 变压 器引 出线上 的电压很快 上升 ， 当于加上 了 相 频 率极高 的高 电压 。一开始 ， ｄ于绕 组 的电抗很大 ， 限制 电流不从变压 器绕 组 的线 匝 中通 过 ， 只能从 高压 绕组 而 匝与匝之问 、 线圈与线 圈之 间、 以及线 圈与铁芯之 间的 电 容 中通过 ， 时 ， 此 低压绕 组可 近似认 为接地 。而 当冲击波
在大多数情况下 ， 因雷 电而形成 的电磁波 （ 又叫 入侵 图 １ 中性绝缘变压器高压绕 组的电压 分布 曲线
３ 电力变 压器 过 电压保 护措 施
３ １ 加 强 匝 问的绝 缘 。除 加强 高压绕 组 对地 的 主绝 ． 缘外 ， 还要 加强绕组 首末 两端近 两个线 圈的 匝间绝缘 ， 以 承受 由于起 始 电压 分 布不 均 匀 而产 生 的较 高的 匝问 电 压 。这种方法 简单 ， 效果 有 限， 同时加 厚绝 缘 后 ， 对线 圈
变压器的过电压现象与其保护措施
变压器的过电压现象与其保护措施
变压器是电能传输和分配的重要设备，主要用于将输入电压变换为输
出电压，以满足不同设备的电压要求。然而，在使用变压器的过程中，由
于各种原因，可能会出现过电压现象，对变压器造成损害甚至危险。因此，对变压器的过电压现象进行了详细的研究，并制定了相应的保护措施。
一、变压器的过电压现象
1.过电压现象的定义
过电压是指变压器的端口电压超过了其额定电压的情况。过电压分为
永久性过电压和瞬时性过电压两种情况。
2.过电压的原因
（1）输入电源的突然断电或短路会导致变压器的输出电压瞬时增大，造成瞬时性过电压。
（2）输入电源的电压波动、电流突变等不稳定因素，会使变压器的
输出电压超过额定电压一段时间，造成永久性过电压。
（3）雷击、闪络、感应电压等自然因素也是引起变压器过电压的原因。
3.过电压对变压器的影响
（1）过电压会使变压器的绝缘材料受到严重的电热损坏，甚至击穿。
（2）过电压会在变压器绕组中产生电火花和过电流，使绕组发热严重，导致变压器的温升升高。
（3）过电压会引起变压器的功率因数下降，进而影响变压器的传输能力。
二、变压器的过电压保护措施
为了保护变压器免受过电压的损害，采取以下措施进行过电压保护：
1.过电压保护装置
安装过电压保护装置是最常见、最有效的过电压保护措施之一、过电压保护装置可以迅速检测到过电压情况，并通过短路绕过变压器绕组，阻止过电压通过变压器进入负载侧。
2.隔离过电压的源头
过电压是由输入电源引起的，因此，对输入电源进行隔离是防止过电压的另一种有效方法。例如，在变压器输入侧增加隔离变压器或使用稳压器，可以降低输入电压的突变和波动，减少过电压的机会。
电力系统过电压及其保护
限制过电压的其他措施
除了避雷器和绝缘配合外，还可以采取其他措施来限制过电压，如改善 接地系统、加强设备维护和检修等。
改善接地系统可以降低雷电和操作过电压对设备的影响，提高设备的耐 压能力。加强设备维护和检修可以及时发现和处理设备存在的隐患和缺 陷，避免设备在运行过程中发生故障。
03
过电压的危害
对设备的危害
设备损坏
过电压可能导致电气设备绝缘层 击穿，造成设备损坏或永久性故 障。
降低设备寿命
频繁的过电压冲击会加速设备老 化，缩短设备使用寿命。
对运行的影响
电力中断
过电压可能引起保护装置动作，导致 大面积停电或电力供应中断。
稳定性问题
过电压可能影响电力系统的稳定性， 增加系统振荡和崩溃的风险。
能面临的挑战。
04
现有的过电压保护措施在一定条件下能够有效地抑制 过电压的危害，但在复杂环境和特殊情况下仍存在一 定的局限性和不足之处。
研究展望
针对不同类型和规模的电力系统，开展过电压 保护方案和策略的研究，制定更加科学合理的
保护措施。
开展电力系统过电压及其保护的国际合作与交流，引 进国外先进技术和经验，推动过电压保护技术的创新
限制过电压的措施需要根据具体情况进行选择和实施，以达到最佳的保 护效果。
供配电系统过电压的危害及防范措施
供配电系统过电压的危害及防范措施
摘要：供配电系统作为电力系统中的重要组成部分，其日常运行过程中，经
常会受到内外部的电压的袭击，进而导致供配电系统出现过电压现象。过电压现
象通常都是瞬时的，但是会对电器产生严重损害。偶尔一次的过电压，对电器设
备的损害较小，但是会损害电器的绝缘设备，这样供配电系统就无法承受下一次
的过电压现象。因此，文章重点就供配电系统过电压的危害及防范措施展开分析。
关键词：供配电系统；过电压；危害；防范措施
供配电系统由变压器、电动机、电缆和断路器组成。在日常工作中，这些设
备会受到各种因素的影响，导致电气设备出现过电压现象，为了更好的保证电气
设备和保护装置的安全运行，一定要了解过电压的原因，这样才能采取有效的预
防措施。
1供配电系统过电压现象分析
1.1雷电过电压
雷电过电压是由直接雷电或感应活动在云层中引起的，所以又称外部过电压
或大气过电压，室外配电装置总变电站和总变电站引入的外部架空线路都可能遭
受直接雷电，国内实际监测结果表明，对于电缆线路、变电站和涉及的电气设备，雷电过电压持续时间很短，只有十几微秒，其主要形式是相对过电压，其峰值电
压在额定电压的6倍以上。
1.2操作过电压
操作过电压是由节流、重燃和三相断路器同时短路引起的一类过电压。其主
要形式是相间过电压。一般情况下，电压最高可达3.5倍，电流最宽波形不高于
5ms，电压低于其他过电压，操作过电压不会造成设备损坏。
1.3电弧接地过电压
电弧接地过电压会对人身安全和国家财产造成很大的危害和损失，主要是由于中性点不接地系统产生单相间歇接地的“熄弧—重燃”接地，造成高频振荡，在此过程中形成间歇电弧接地过电压。这种过电压的持续时间可以达到十分钟以上，而且它的覆盖范围很广。如果整个电网存在绝缘弱点，则会在该绝缘弱点处产生绝缘火花或直接击穿。
浅析电力变压器过电压与防护措施
￣３ｋ 峰值） ２ ｗ ｆ荤 ０Ｖｃ Ｊ ５６ ． ｌ 值） ￣５ｋ 值） 啦 ５Ｖ － ＇ ＇ｃ ０Ｖ 峰 ｌ （垂 ｋ ｌ 值
了一 个频 率极 高 的 高 电压 。这一 瞬 变过 程很 其 中： 一 由于 ｔ ｏ １￣ 小 。 ／Ｃ很 Ｃ ｅ 为 绕 组 每 单位 长 度 上 的对 地 电容 ； 快 ， 开 始， 高频 下 ，Ｌ很 大 的， ｏ Ｆ一 Ｃ一 为高 低 压 绕组 之 间 每单 位长 度 上 的 电容 ； 电流 只从 高压 绕组 的匝 电容 和对 地 电容 中流 它 ｃ 卜为绕 组 每单 位长 度上 的 匝 问电容 ； 一 Ｌ 为过 过 。由于低压 绕组 靠 近铁 心， 的对 地 电容很 （ 即容抗 很 小 ） 可 近似 地 认 为 低 压 绕组 接 ， 电压 时绕 组每 单 位 长度 上 的漏 电感 ； 为绕 大 ， Ｒ一 地。可雷电波袭击时， 沿绕组高度上的电压分 组 每单 位 长度 上 的电阻 。 ｔ Ｆ １ 作 过 电压 和 大 气过 电压 产生 的原 因 布取 决 于 匝间 电容 ｃ 和对 电容 ｃ ｅ的 比例 。 ． 操 分析 由于两种 电容都存 在， 过电压时， 一部分 电流 由对 地 电 容分 流 ， 每个 匝间 电 容流 的电 流 故 １１ ．操作 过 电压 ． 上 在 一 般 配 电网 中 ，使 用 的绝 大多 数是 降 不 相 等 ， 面 的 匝间 电容 流 过 的 电流 最 大愈 压变压器，下面就以降压变压器空载拉闸操 往 下 面则 愈小 ，随着 电压 沿 绕组 高 度 的分 布 作 为 例说 明操 作 过 电压产 生 的原 因。 变为不均匀， 电压分布很不均匀， 起始 靠近输
变压器过电压的原因
变压器过电压的原因
变压器是一种重要的电力设备，可以将供电网的高电压变成适合用户使用的低电压，以保证电器设备的安全和稳定运行。然而，在变压器工作过程中，有时候会出现过电压现象，这对设备和用户都可能带来不良影响，因此值得我们深入探究变压器过电压的原因。
1. 电网扰动
电网扰动是变压器过电压的一个最常见的原因。在供电网发生故障或计划停电的时候，电源的电压和频率都会发生变化。当供电网重新接通时，供电电压和频率都将开始逐渐恢复正常，这个过程中变压器可呈现一定的过电压现象，导致电器设备损坏进而引发事故。
2. 瞬态过电压
瞬态过电压是指由于外部力作用于变压器电气系统导致的电压暂时升高的过程。这类外部力源包括雷电、电源的瞬时开合，附近其他电气设备的突然开启和关闭等因素。瞬态过电压是一种短暂的过电压，但是它的峰值电压达到数倍于正常工作电压，如果变压器不能承受这些电压，就可能导致设备损坏，引起重大事故。
3. 周波过电压
周波过电压是指由于电网负荷变化而导致变压器电压突然发生变化的现象。这种变化是由电力公司为了满足用
户日益增长的用电需求而增大供电网电压而引起的。虽然这类过电压不是很高，但是由于持续时间比较长，终究还是会使变压器受到损害。
4. 操作失误
操作失误是造成变压器过电压的原因之一。例如，有些用户会采用错误的方式接线，或者长时间重复开关变压器，这些操作可能会导致变压器硬件设备受到损坏，从而引起过电压问题。
总之，变压器过电压问题是电力设备管理过程中必须重点关注的问题。对于设备维修人员来说，必须不断提高自己的技能水平，及时发现和修复变压器中的故障，以减少过电压对设备和用户的影响。而对于我们普通用户来说，应该增强自我保护意识，防范过电压事故的发生，保障家庭和个人安全。
变压器的过电压保护
变压器的过电压保护
变压器是电网变换电压和传送电能的电气设备，是电网向用户供电的载体，变压器的安全可靠运行情系万家灯火。然而在电网运行中由于诸多原因会产生过电压，而变压器的绝缘水平相对比较薄弱，在变压器损坏的原因中，过电压造成损坏的概率最大。在电网运行中因某种原因产生过电压，必将导致变压器的损坏，其绝缘水平主要由雷电击耐受电压和工频耐受电压来决定。
过电压系指对绝缘有危险的突然电压升高，这种非正常的电压升高，其幅值可达设备额定电压的几倍以上，严重威胁变压器绝缘的安全，若过电压持续时间较长，必将造成变压器的损坏。为确保电网运行中变压器的安全，除选用优质的变压器外，还要对变压器设置合理有效的过电压保护措施。
一、电网过电压产生的机理
电力系统的过电压一般可分为暂时过电压(工频过电压、谐振过电压、弧光接地过电压)、操作过电压、雷电过电压等。暂时过电压主要由单相接地故障、谐振等引起的。谐振过电压是电网中电气设备发生故障，或频繁操作设备引起电网中电感和电容匹配而构成谐振回路，在一定条件激发下产生电能、磁能转换而引起的过电压，如是变压器的励磁电感和对地电容产生的铁磁谐振，其引起的过电压会更高。弧光接地过电压系因系统发生单相接地故障，在接地点因弧光放电而引起的过电压。
操作过电压系因电网状态的突变而引起电磁场能量的急剧变化，或投切大容量设备，或是对设备的操作失误等而引起能量快速释放时产生的过电压。主要表现在空载线路、变压器的开断和重合闸等。
雷电过电压是大气中带有大量正电荷雷云与带负电荷雷云相遇时，发生雷云放电而引起的过电压。雷电过电压可分为直击雷过电压和感应过电压。直接雷过电压是雷云直接对设备、构件等导体的放电产生的，而感应过电压则是电磁场的急剧变化而产生的。
变压器过电压及其防护措施
措施。
关键词
１ 引言
电力变压器 是发 电厂 、 电站 的重要 电气 设备 ， 变 担负着传 输 电能 、 配 电能 、 分 降低 损 耗 、 经济 运 行 的 重大使命 。电力变压 器 能 否安 全 可靠 地 运 行 ， 事关
整个 电 网的安 全 和稳 定 。在 正 常 运行 情 况 下 ， 变压
过 电压 。但 在切 除空 载变 压 器 时 ， 由于激 磁 电 流很 小， 一般 只有 额定 电 流 的 ０５ 一 ％ ， 开 关 中 的 ．％ ４ 而
２ 变压器过 电压的危害、 生原 因、 产 防护
措 施
（ ）变压器运行 中产 生 的过电压在 变压器 中破 １ 坏绝 缘有两 种情况 ： 一是击 穿绕组 之间 、 绕组与 铁芯 之间或绕组 与油 箱之 间 的绝缘 ， 成 绕组 短 路 或接 造 地 ；－ －是在 同一绕 组 内将 与 匝 间或 段 与段 间 的绝 缘 击 穿 ， 成匝 间短 路 。过 电压 主要有两 种 ， 过 电压 造 外
电压 。
电压的特点是持续时间短 ， 一般只有数十秒左右 ， 冲 击性 强， 具有 脉 冲特性 ， 与雷击 活动 强度 有直 接
关系 。
对外 过 电压 的防护措施 ：
② 谐振过电压 ， 由于电网中电感 和电容参数在 特定条件配合下发生谐振而引起的。由于变压器各
电力变压器的过电压保护
作者 简介 ：刘玄 （ ９５ ），男 ，湖 北黄石 人 ，助 理工程 师 ，主要 从事 气象服 务工作 和研 究 。 １８一
１６ Ｏ
冬 之 卷
清 远 职业 技 术 学 院 学报
２Ｉ Ｏ Ｏ年
过 பைடு நூலகம்压 ” 。
反 变 换 过 电压 峰 值 与 下列 因素 有 关 ： （） １ 变压器的连接组别 。 Ｙ Ｙ — ２ 连接组的逆变换 ／０ １ 过电压峰值最高 ， △，ｏ ｌ 的较小 ， ＹＺ — １ Ｙ －１ ／０ １ 的最小 。 （） 压器 的接 地 电阻 。接 地电 阻越大 ，逆变换 过 ２变 电压峰值越高。 （） 压 绕 组 对 低 压 绕 组 的 变 比 。 变 比越 大 。过 电 ３高 压峰值越高。 （） 压 器 的额 定 容 量 。额 定 容 量 越 大 ，过 电压 峰 ４变 值越低 。 （ 低压线 路的 对地击 穿点 与变压 器之 问的距离 。 ５ ） 距 离 越 大 ，过 电压 峰 值 越 低 。 １ 避 雷器 接 地 电 阻偏 高 ． ２ 配 电 变压 器 的 防 雷装 置能 否 起 到 良好 的保 护 作 用 ， 接地装 置的质量是至关重要的 。因为在长期工作 中，保 护接地装置由于受空气或周 围环境污染，以及其他外 界
中图 分 类 号 ： Ｔ １ Ｍ４ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ — ８ ６（０ ０ ０ — １６ ｒ ６４ ４ ９ ２ １） １ ００ 一 ） ３
变压器过电压原因与防护措施
3
摘要：变压器过电压危害影响着电网的安全稳定运行，文章分析了变压器外过电压与内部过电压产生的主要原因，并提出了相应的防护措施。
关键词：变压器；过电压防护原则；避雷针保护中图分类号：TM864 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）34-0137-02
电力变压器是发电厂、变电站的重要电气设备，担负着传输电能、分配电能、降低损耗、经济运行的重大使命。电力变压器能否安全可靠地运行，对供、配电系统影响极大，而变压器绝缘水平又相对比较薄弱，一般为2.5倍额定电压。在正常运行情况下，变压器承受电网的额定电压，但由于雷击、操作、故障等原因将产生过电压，其值可能大大超过它的最大允许工作电压，对变压器的绝缘有很大的危害，甚至使绝缘击穿。因此，为保证其安全、可靠地运行，实际生产中，我们必须采取相应的保护措施。
1 变压器过电压产生原因
变压器运行中产生的过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况：一是击穿绕组之间、绕组与铁芯之间或绕组与油箱之间的绝缘，造成绕组短路或接地；二是在同一绕组内将与匝间或段与段间的绝缘击穿，造成匝间短路。根据变压器过电压产生原因不同，主要可以分为以下两种情况：1.1 外过电压
外过电压又称大气过电压，它是由于直击雷击变压器和雷电感应，即雷云放电产生的直击雷过电压和感应雷过电压。其幅值取决于雷电参数和防雷措施，与电网额定电压无直接关系。此类过电压的特点是持续时间短，一般只有数十秒左右，冲击性强，具有脉冲特性，与雷击活动强度有直接关系。1.2 内部过电压
内部过电压是由电网内部能量转化或传递过程中产生的，其幅值与电网的额定电压成正比关系，是超高压电网中危害较大的过电压，主要有两种：
电力系统内部过电压的防护措施
电力系统内部过电压的防护措施1单相接地形成过电压
通常应加强电网及设备运行管理，减少接地故障的发生。对变压器应经常开展检查维护，使之处于安康状态下运行，还应定期开展预防性试验，防止因绝缘击穿而发生单相接地故障。对供电线路应注重提高架设质量，合理选择导线截面及档距，线路走廊下的树木要定期砍伐，使线路通道符合技术规范。严禁在电力线路下建房、植树，及在线路附近采石，以防炸断线路而发生接地故障。
2.负荷突变形成过电压
通常可采用并联电抗器，以及按一定程序投、切空载线路，以限制长线路电容效应产生的过电压。在电机侧采用快速减磁系统以限制发电机转子加速和电枢反应。
3.谐振形成过电压
谐振过电压持续时间与回路本身特性有关，因此，对特定电网应尽量防止可能引起的谐振操作，或采取措施破坏谐振条件，如使用消谐器等。对电磁式电压互感器引起的谐振，可在其二次开口三角处接入一个小电阻以破坏谐振；或在电压互感器高压中性点串入一个15kV、50w左右电阻接地，限制流过中性点的电流，防止电压互感器因磁饱和而发生铁磁谐振。
4.间歇性电弧形成过电压
通常在电网中性点接入消弧线圈接地。利用消弧线圈的电感补偿流过接地点的电容电流，使电弧的存在时间缩短,重燃次数减
少，从而抑制了高幅值的过电压。
5.投切小电感性负荷产生的过电压
此类过电压产生的根据是断路器的截流，由于其能量较小，通常采用避雷器来抑制。
6.开断电容性负荷产生的过电压
此类过电压产生的根据是断路器的重燃，其方法是限制断口恢复电压的上升，以减少重燃的途径，从而到达抑制此类过电压的产生。其措施是：在断路器断口装置并联电阻,能起到阻尼作用，或采用不会产生电弧重燃的真空断路器。此外，在电容器运行中应尽量减少频繁的投切操作。
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变压器的过电压现象及其保护措施
1 问题提出
变压器运行时,如果电压超过其最大允许工作电压,称为变压器的过电压。过电压往往对变压器的绝缘有很大的危害,甚至使绝缘击穿。过电压分为操作过电压和大气过电压两种。输电线路直接遭雷击或雷云放电时,电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压;当变压器或线路上的开关合闸或拉闸操作时,因系统中电磁能量振荡和积聚而产生的过电压称为操作过电压。变压器的这两种过电压都是作用时间短促的瞬变过程。
操作过电压一般为额定电压的3.0～4.5倍,而大气过电压数值很高,可达额定电压的8～12倍,并且绕组中电压分布极不均匀,进线端头部分线匝承受的电压很高。因此,必须采取必要的措施,防止过电压的发生和进行有效的保护。
过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况,一是将绕组与铁心(或油箱)之间的绝缘、高压绕组与低压绕组之间的绝缘(这些绝缘称为主绝缘)击穿;另一种是在同一绕组内将匝与匝之间或一段绕组与另一段绕组之间的绝缘击穿。
由于过电压时间极短,电压从零上升到最大值再下降到零均在极短的时间内完成,因而具有高频振荡的特性,其频率可达100kHz以上。在正常运行时,电网的频率是50Hz,变压器的容抗很大,而感抗ωL很小,因此可以忽略电容的影响,电流完全从绕组内部流过。
2 原因分析
以下简单说明两种不同类型过电压产生的原因:
(1)操作过电压
在一般的电网中,使用的绝大多数是降压变压器,下面以降压变压器空载拉闸操作为例说明操作过电压产生的原因。
根据变压器参数的折算法可知,把二次侧(低压侧)电容折算到一次侧(高压侧)时,电容折算值很小,因此二次侧电容的影响可以略去不计。这就是说,空载时可以忽略二次侧的影响。就一次绕组来说,由于每单位长度上的对地电容CFe''是并联的,故对地总电容值为: CFe=ΣCFe''
由于一次侧单位长度上的匝间电容Ct''是串联的,故其匝间总电容值为:
Ct=1/(Σ1/Ct'')
在电力变压器中,通常CFe>>Ct,所以定性分析时,匝间电容的影响也可略去不计。
空载变压器从电网上拉闸时,如果空载电流的瞬时值不等于零而是某一数值Ia,这时相应的外施电压瞬时值为Ua。于是在拉闸操作瞬间,一次侧电感L1中储藏的磁场能量为1/2(L1Ia2),电容CFe上储藏的电场能量为1/2(CFeUa2)。由于这时变压器的电路是由电感L1和电容CFe并联的电路,故在拉闸操作瞬间,回路内将发生电磁振荡过程。在振荡过程中,当某一瞬间电流等于零时,此时磁场能量全部转化为电场能量,由电容吸收,电容上的电压便升高到最大值Ucmax。
当拉闸操作电流和电容上的电压一定时,绕组的电感愈大,对地
电容愈小,则拉闸操作过电压愈高。电力系统中,操作过电压通常不超过额定电压的3.0～4.5倍。
(2)大气过电压
大气过电压是输电线路直接遭受雷击或雷云放电时,电磁场的剧烈变化所引起的。当输电线路直接遭受雷击时,雷云所带的大量电荷(设为正电荷)通过放电渠道落到输电线上,大量的自由电荷向输电线路的两端传播,就在输电线上引起冲击过电压,称为雷电过电压。雷电波由零上升到最大值这一段称为波头,下降部分称为波尾。如果把波头所占时间看成是周期波的四分之一周期,则雷电波可看成是频率极高的周期性波。这样,当过电压波到达变压器接线端时,相当于给变压器加上了一个频率极高的高电压。这一瞬变过程很快,一开始,由于高频下,ωL很大,1/ωC很小,电流只从高压绕组的匝电容和对地电容中流过。由于低压绕组靠近铁心,其对地电容很大(即容抗很小),可近似地认为低压绕组接地。当雷电波袭击时,沿绕组高度上的电压分布取决于匝间电容Ct和对电容CFe的比例。在一般情况下,由于两种电容都存在,过电压时,一部分电流由对地电容分流,故每个匝间电容流的电流不相等,靠近输电线端的匝间电容流过的电流最大,愈往后则愈小,随着电压沿绕组高度的分布变为不均匀,起始电压分布更不均匀,靠近输电线端的前几匝间出现很大的电压梯度,因此,在靠近输电线端的前几个线匝里,匝间绝缘受到很大的威胁,这时最高匝间电压可能高达额定电压的50～200倍。
3 防护措施
为了防止变压器绕组绝缘在过电压时被击穿,必须采取适当的过电压保护措施,目前主要采用下列措施:
(1)避雷器保护
在变压器的高压端装设金属氧化物避雷器,其特点是动作灵敏,残压低,通流容量大,当雷电波从输电线侵入或者在操作过电压发生时,避雷器动作,过电压波对地导通,这样雷电波就不会侵入变压器,从而保护了变压器。在国家标准GB311.1-1997《高压输配电设备的绝缘配合》中对于变压器的绝缘水平规定为:“6kV变压器的短时(1min)工频耐受电压(有效值)为25kV,雷电冲击耐受电压(峰值)为60kV;10kV变压器的短时(1min)工频耐受电压(有效值)为35kV,雷电冲击耐受电压(峰值)为75kV,见表1。”
以6kV、10kV配电系统为例,分别列出保护变压器的金属氧化物避雷器参数如下:
国家标准GB311.1-1997《高压输配电设备的绝缘配合》对于变压器等设备的操作过电的绝缘配合的规定有如下内容:
“相对地绝缘,范围I的设备,根据设备上的统计操作过电压水平或者避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性,并取一定的配合因数Kc计算,选取设备的额定操作冲击耐受电压”;
“选取配合因数Kc时应考虑到下列因素:绝缘类型及其特性;性能指
标;过电压幅值及分布特性;大气条件;设备生产装备中的分散性及安装质量;绝缘在预期寿命间的老化,试验条件及其他未知因素。对于雷电冲击:根据我国情况,一般取Kc≥1.4;对于操作冲击:一般取
Kc≥1.15”。
结合国家标准的规定,可以计算出如下数据。
6kV变压器用避雷器的绝缘配合因数值:Kc=60kV÷30kV=2>1.4同理计算:
10kV变压器用避雷器的绝缘配合因数
值:Kc=75kV÷50kV=1.5>1.4
根据以上计算可以看出,金属氧化物避雷器的参数完全可以满足变压器过电压保护的需要。
(2)加强绝缘
除了加强变压器高压绕组对地绝缘外,针对雷电波作用的特性,还要加强首端及末端部分线匝的绝缘,以承受由于起始电压分布不均匀而出现的较高匝间电压。这种方法效果有限,而且加厚绝缘使散热困难,同时减少了匝间电容,增大了匝间电压梯度。目前只在35kV及以下的变压器中采用。
(3)增大匝间电容
匝间电容相对于对地电容愈大时,则电压的起始分布愈均匀,电压梯度越小,因此增加匝间电容是有效的过电压保护措施。
4 结束语
造成变压器过电压的原因多种多样，针对不同的过电压，有不同的过