陳耀孫

【摘 要】配電網(wǎng)是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，對于普及供電有著重要的作用，其在輸電供電過程中，主要起到的作用就是分配電能。配電網(wǎng)上裝備許多個精密儀器，各個儀器有著其各自的作用，不能產(chǎn)生干擾，所以各儀器間的絕緣配合十分重要，為防止出現(xiàn)過電壓的問題，本研究就中壓配電網(wǎng)的過電壓保護(hù)與絕緣配合進(jìn)行簡要闡述。

【關(guān)鍵詞】中壓配電網(wǎng)；過電壓；絕緣配合

0 引言

過電壓和絕緣配合對于大多數(shù)人來說是一個相對陌生的概念，所以本研究先從概念講起，簡要闡述一些過電壓和絕緣配合常見的種類和分類方法，以及過電壓的危害等一系列的內(nèi)容，對于從事相關(guān)職業(yè)的人員來說，這是一份有關(guān)基礎(chǔ)知識的簡單總結(jié)，對于普通人來講，可以當(dāng)作科普簡要了解。

1 常見過電壓種類

1.1 過電壓的概念

過電壓是配電網(wǎng)上常見的一種現(xiàn)象，從定義上來講，過電壓是指工頻下交流電壓均方根值升高，超過額定值的10%，并且持續(xù)時間大于1分鐘的長時間電壓變動現(xiàn)象。過電壓在配電網(wǎng)上是一種需要被預(yù)防或者被消除的現(xiàn)象，因?yàn)檫^電壓的存在有很大的危害，變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，主要危害是引起電動機(jī)磁路飽和。對于電動機(jī)來說，電壓過高必然使電動機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵磁電流過大，從而引起電動機(jī)溫升過高。第二，損害電動機(jī)絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電動機(jī)絕緣壽命有很大的影響。第三，對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在一定的允許范圍內(nèi)，一旦其電壓超過限定值，變頻器的過電壓保護(hù)動作。過電壓的出現(xiàn)通常是負(fù)荷投切的瞬間的結(jié)果。正常使用時在感性或容性負(fù)載接通或斷開情況下發(fā)生。因此，在預(yù)防過電壓的產(chǎn)生時，應(yīng)該避免出現(xiàn)負(fù)電荷投切效果。電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象。電工設(shè)備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。研究各種過電壓的起因，預(yù)測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)絕緣配合的前提，對于電工設(shè)備制造和電力系統(tǒng)運(yùn)行都具有重要意義。

1.2 雷電過電壓

外過電壓？又稱雷電過電壓、大氣過電壓。由大氣中的雷云對地面放電而引起的。分直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。雷電過電壓的持續(xù)時間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。直擊雷過電壓是雷閃直接擊中電工設(shè)備導(dǎo)電部分時所出現(xiàn)的過電壓。雷閃擊中帶電的導(dǎo)體？，如架空輸電線路導(dǎo)線，稱為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對帶電的導(dǎo)體放電稱為反擊。直擊雷過電壓幅值可達(dá)上百萬伏，會破壞電工設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。感應(yīng)雷過電壓是雷閃擊中電工設(shè)備附近地面，在放電過程中由于空間電磁場的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過電壓。因此，架空輸電線路需架設(shè)避雷線和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路的防雷能力。

1.3 振諧過電壓

內(nèi)過電壓？電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過電壓。有暫態(tài)過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達(dá)到某種暫時穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓？，又稱工頻電壓升高。常見的有：①空載長線電容效應(yīng)（費(fèi)蘭梯效應(yīng)）。在工頻電源作用下，由于遠(yuǎn)距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高。②不對稱短路接地。三相輸電線路a相短路接地故障時？，b、c？相上的電壓會升高。③甩負(fù)荷過電壓，輸電線路因發(fā)生故障而被迫突然甩掉負(fù)荷時，由于電源電動勢尚未及時自動調(diào)節(jié)而引起的過電壓。操作過電壓是由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快持續(xù)時間較短的過電壓，常見的有：①空載線路合閘和重合閘過電壓。②切除空載線路過電壓。③切斷空載變壓器過電壓。④弧光接地過電壓。諧振過電壓是電力系統(tǒng)中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過電壓。一般按起因分為：①線性諧振過電壓。②鐵磁諧振過電壓。③參量諧振過電壓。

2 絕緣配合常用的方法

2.1 絕緣配合簡介

作用在電工設(shè)備上的電壓是指正常運(yùn)行條件下的工作電壓和各種過電壓，后者包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。為了經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計(jì)輸電線路和電工設(shè)備絕緣，電力系統(tǒng)中一般采取專用設(shè)備和裝置以限制過電壓。絕緣水平是電工設(shè)備能夠耐受的試驗(yàn)電壓值：①短時工頻耐受電壓值。②雷電沖擊耐受電壓值。③操作沖擊耐受電壓值。④長時間工頻試驗(yàn)電壓值。這些試驗(yàn)電壓的波形、數(shù)值、施加方法、時間、次數(shù)等，各國都有國家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定。

2.2 絕緣配合簡介

按作用在設(shè)備絕緣上的“最大過電壓”和設(shè)備的“最小絕緣強(qiáng)度”的概念進(jìn)行絕緣配合的習(xí)慣方法。首先需確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)的過電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受強(qiáng)度，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選擇一個配合系數(shù)作為這兩種電壓的比值，以補(bǔ)償在估計(jì)最大過電壓和絕緣最低耐受強(qiáng)度時的誤差及增加一定的安全逾度，最后確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。慣用法簡單明了，但無法估計(jì)絕緣故障的概率以及此概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對絕緣的要求偏嚴(yán)。由于對非自恢復(fù)絕緣放電概率測定的費(fèi)用太高，因此只能使用慣用法。目前，對220千伏及以下的電工設(shè)備，通常仍采用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護(hù)。避雷器限制雷電過電壓的能力常用避雷器保護(hù)水平表示。變壓器耐受雷電沖擊的絕緣水平 （BIL）需高出避雷器的保護(hù)水平，兩者的比值稱為配合系數(shù)。中國一般采用的配合系數(shù)值是1.4。對于500千伏變壓器，國際電工委員會（IEC）規(guī)定，配合系數(shù)需等于或大于1.2。

2.3 統(tǒng)計(jì)法

根據(jù)過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平。統(tǒng)計(jì)法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。困難在于隨機(jī)因素較多，某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待認(rèn)識。從過電壓幅值與絕緣抗電強(qiáng)度都是隨機(jī)變量的事實(shí)出發(fā)，根據(jù)過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，合理地確定絕緣水平。這種方法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可以按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前研究得比較多的是以過電壓幅值的概率分布為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)法。在超高壓電力系統(tǒng)中降低絕緣水平有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。自恢復(fù)絕緣的絕緣強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性相對比較容易獲得。70年代以來，國際上推薦對超高壓電力系統(tǒng)的自恢復(fù)絕緣采用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行絕緣配合。

統(tǒng)計(jì)法的困難在于隨機(jī)因素較多，某些隨機(jī)因素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待積累資料與認(rèn)識，低概率密度部分的資料比較難取得。目前算出的故障率，通常比實(shí)際的大很多，還有待在應(yīng)用中不斷完善。

3 結(jié)束語

絕緣配合的統(tǒng)計(jì)法還有簡化版，簡化版的數(shù)據(jù)比較容易收集和分析，故操作難度比較小，但是統(tǒng)計(jì)法簡化版的缺點(diǎn)是重要問題在于精度不高，所以并沒有完全代替統(tǒng)計(jì)法使用。中壓配電網(wǎng)的過電壓保護(hù)以及絕緣配合是一種很重要的維護(hù)手段，如果出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象而沒有及時處理好，很有可能導(dǎo)致某些儀器甚至整個配電網(wǎng)壽命的縮短，而配電網(wǎng)通常處于室外，所以，做好絕緣配合是一件非常重要的事情。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李美玉.中壓配電網(wǎng)過電壓現(xiàn)象分析[J].線路電路，2016，（65）.

[2]張磊.中壓配電絕緣配合簡析[J].電路安全，2016，（27）.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint