牵引变电所倒闸操作引起谐振过电压原因及对策

牵引变电所倒闸操作引起谐振过电压原

因及对策

摘要：电网运行过程中产生的谐振过电压，严重影响了电力系统的安全运行。本文叙述了铁路牵引变电所在运行过程中出现的谐振过电压的产生及其危害性，

对一例倒闸运行过程中出现的谐振过电压造成的设备故障进行了较详尽的分析，

并对其产生的原因进行了阐述，同时还介绍了多种预防谐振过电压的方法。

关键词：变电所；谐振；操作谐振过电压；对策

引言：

在电力系统中，因开关负荷输入或移除、故障等因素，使系统内部状态或参

数产生改变，从而使系统中的电磁能量发生传递或转化，从而产生电压升高，这

就是所谓的内部谐振过电压，给设备带来了严重的损害。铁路牵引变电所中的变

压所、电压互感器、电抗器以及牵引变电所中的电力机车都是传感装置。并联用

于变电所的并联接有接地电容的空载线是一种电容装置，该电路由电感与电容构

成一共振环，在正常运行时，其电感、电容均不产生共振，当倒闸开关运行时，

部分线路将被拆分、重装，使传感器、电容式能量存储单元的工作状态改变，在

一定的激发条件下，电磁波的能量振荡会出现共振现象，从而引起工作谐振过电压。

一、变电所操作谐振过电压的原因分析

（一）分合空载线路引起的谐振过电压

油田配电网中，以泵电机和泵井为主的三相负载为主，但因其负载特点，不

能实现自动启动和关闭。断电后，电动机的负荷需要人工起动，如果在起动前给

配电网提供电源或者重合闸切断，将造成“空载断线”现象，从而引起系统的共

振过压。

在排出并转入无负荷状态时，产生谐振过电压的原因是由于电弧的重复燃烧

所致。一是断路器的灭弧性与接点间的还原电压，二是接点上的剩余电压；由于

系统中存在较高频率的振荡，会造成空载线路的谐振过电压。

（二）弧光接地谐振过电压

在电网运行过程中，单相接地故障较为普遍。在大部分单相接地情况下，均

为弧线接地，流经弧线的IJD电流等于地电容正常值的总和。通常情况下，由于

导热系数过小，不能产生稳定的弧光，导致熄火与重燃弧交替运行的非稳定工况。该现象会引起电网运行工况的瞬态变化，引起电磁能量的剧烈波动，是造成电弧

谐振过电压的主要原因。

（三）切除空载变压所谐振过电压

空载变压所是一种激励线圈，它的支撑元件，例如断弧线圈，大功率电机，

并联电抗器等，都具有类似的物理特性。在这张图中，我们能够看到零负载变压

所的等效电路，其中L是功率电感，C是总线到地电容器，LK是C和C电路之间

的连接电感，L是变压所的励磁电感，电容器C由CB变压所的等效容量和变压所

空载侧所有电气设备的总容量组成。

二、变电所操作谐振过电压的应对措施

（一）弧光接地过电压的应对措施

因此，对牵引谐振过电压进行有效的保护是非常必要的。消弧线圈对地电流

进行了补偿，从而抑制了电弧对地的过压。

消弧线圈是一种大容量的感应线圈，它与变压所的中性点相连，并带有几个

抽头，它的容量可以按一定的等级进行调整，电力系统中的中性点接地通过消弧

线圈而形成的电力系统，又称补偿型电力系统。消弧线圈的作用既是降低故障点

的剩余电流，促进快速自熄灭，又是在自熄灭的恢复电压缓慢上升，防止再燃。

消弧线圈是一种有效的方法，可使单相接地电弧自动熄灭，并可有效地防止电弧

对地谐振过电压的产生。

（二）防止操作过电压的有关对策

如何有效地控制输电线路的运行过电压，是提高输电线路绝缘性能的一个重

要先决条件，也是保障输电线路安全稳定运行的关键。过压保护是指通过技术手

段对过压进行防护，将过压控制在容许范围之内，从而减少过压发生的危险，增

强电网运行的可靠性。总体上讲，大部分的工作过电压都是由断路器的动作引起的。

①改善设备维修质量，保证倒闸工作过程中的并联，增强断路器开关的灭弧

力及动作同步性，并降低工作过电压。

②当倒闸开关时，会破坏谐振状态，从而使铁磁效应的工作程序发生变化。

在牵引变电所负荷时，禁止使用倒闸作业，在牵引变电所逆回路运行时，先将电

容与馈电开关全部关闭，再将逆电源运行，这样既保证了无负荷运行，又保证了

系统的电感量、电容量（理论计算值）基本不变，同时大大降低了系统产生谐振

过电压的几率[1]。

③由于工作过压的持续时间长于闪电过压，所以工作过压的使用将会限制工

作过压。尽管其幅值很小，但是由于避雷针等的巨大能量，使其对过电电压有一

定的限制，不能承受过多的过电电压。所以，为防止运行过电压而专门设计的避

雷针，在实际应用中往往起到备用保护的作用。若采用非线性压阻（ZnO)MOA，

则该MOA在工作时阻抗较高，漏电流为微安，且不会对电力系统造成干扰。当出

现过电压时，它的电阻会突然降低，并且一般是一个稳定的电压特征，在阀片间

留有一定的电容，用来防止剩余电压的突变。

④用电容型变压器代替27.5kV母线上的电磁型变压器，或者用具有良好饱

和性能的变压器代替，或者在已有变压器上安装消谐器。采用多种方法对变压器

进行了调整，使变压器的各项参数发生变化，从而打破了变压器发生共振的条件。

（三）防止内部过电压的其他保护措施

①加强对牵引变电所及负荷设备的巡视，保证其正常运行，降低因设备故障

而引起的过电压；

②采用一种暂时的倒闸操作方式，比如调度部可基于系统连接而输入预定的

线或装置，为了防止谐振而改变系统的参数。

③采用并联电阻式断路器、磁风力放电装置或MOA放电装置、并联电抗器、

变流器及自耦合变压所等，可以在空载线路断路时，对过电压进行限制及减小。

采用上述方法，可使无负荷母线断线时的过电压降低到2.5倍[2]。

④当限制负荷被关断时对过压进行约束。因为该过电压多为短时、高频率、

高频率的震荡波，其隔离作用与雷击波一样，所以可采用磁控或氧化型避雷器加

以抑制，配置并联电阻的开关也能有效地切断由感应负荷引起的过压。

⑤在某些特定条件下，该系统的中线也可因一种电阻而暂时变成地。

三、结束语

油田网运行过电压是一种不可避免的故障，由于采用了高性能的避雷器，使

用了大量的消弧线圈，安装了消谐器等，人们对其的认识还不够透彻。同时，不

断地对变电所倒闸引起的谐振进行改造，改进变电所的设备，改善变电所的性能，避免或化解过电压。在实际操作中，应加强配电网络的管理，避免发生单相接地、断线等故障。

参考文献

[1]黄文兴.阐述牵引变电所倒闸操作引起谐振过电压原因及对策[J].广东科技,2008(16):138-139.

[2]杨培斌,张占胜,张金胜,李学山.牵引变电所倒闸操作引起谐振过电压原

因及对策[J].铁道机车车辆,2006(06):68-70.

作者简介：崔立友，男，197703，在大庆油田中油电能电力运维分公司电力

运维四部电工五队，从事变电所的日常倒闸操作，事故处理，巡视及日常维护