隔離變壓器過電壓保護及過電壓對電網(wǎng)的影響

　　隔離變壓器是電網(wǎng)中用于變換電壓、傳輸電能的電氣設(shè)備，是電網(wǎng)中為用戶供電的載體。隔離變壓器的anquan可靠運行是一大亮點。但在電網(wǎng)運行中，由于多種原因會發(fā)生過電壓，隔離變壓器的絕緣水平相對較弱。在造成隔離變壓器傷害的原因中，過電壓造成傷害的概率zui高。電網(wǎng)運行中由于某種原因產(chǎn)生的過電壓必然導(dǎo)致隔離變壓器損壞，其絕緣等級主要由雷電耐壓和工頻耐壓決定。

　　過電壓是指對絕緣有危險的突然電壓升高。這種異常的電壓升高可達設(shè)備額定電壓的數(shù)倍，嚴重威脅隔離變壓器絕緣的anquan。過電壓持續(xù)時間長，肯定會對隔離變壓器造成傷害。為了保證電網(wǎng)運行中隔離變壓器的anquan，除了選擇youzhi的隔離變壓器外，還應(yīng)對隔離變壓器設(shè)置合理有效的過電壓保護措施。

　　一、電網(wǎng)過電壓的機理

　　電力系統(tǒng)過電壓一般可分為臨時過電壓(工頻過電壓、諧振過電壓、電弧接地過電壓)、操作過電壓、雷電過電壓等。暫態(tài)過電壓主要由單相接地故障和諧振引起。諧振過電壓是指電網(wǎng)中電氣設(shè)備故障或設(shè)備頻繁運行引起電網(wǎng)電感電容匹配，在一定條件下電能和磁能相互轉(zhuǎn)換而引起的過電壓。如果是隔離變壓器勵磁電感和對地電容引起的鐵磁諧振，過電壓會更高。電弧接地過電壓是由于系統(tǒng)單相接地故障，在接地點發(fā)生電弧放電而引起的過電壓。

　　操作過電壓是指電網(wǎng)狀態(tài)突然變化，或大容量設(shè)備投切，或設(shè)備誤操作引起的電磁場能量快速釋放。主要表現(xiàn)在空載線路、隔離變壓器開重合閘等。

　　雷電過電壓是帶大量正電荷的雷云與帶負電荷的雷云在大氣中相遇時，雷云放電引起的過電壓。雷電過電壓可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)過電壓。直擊雷過電壓是雷云對設(shè)備和元器件直接放電引起的，感應(yīng)過電壓是電磁場快速變化引起的。

　　二、電網(wǎng)過電壓危害為隔離變壓器

　　電網(wǎng)中產(chǎn)生的幾種zhenzheng影響隔離變壓器絕緣和保護裝置的過電壓，主要取決于過電壓的波形。振幅和持續(xù)時間。檢查設(shè)備絕緣水平的電壓波形有三種:短波前的雷電波、長波前的操作波和低頻電壓波。應(yīng)通過相應(yīng)的波形電壓檢查設(shè)備絕緣對雷電、運行或工頻電壓的電阻。

　　在過電壓對隔離變壓器造成破壞的事故中，雷電過電壓對絕緣擊穿造成的破壞zui大。電網(wǎng)遭受雷擊時，線路導(dǎo)線上會產(chǎn)生一個幅值大、作用時間短的非周期脈沖電壓波，以光速沿線路傳播，先在線路避雷器處放電，后波通過隔離變壓器進入地面。當后波通過隔離變壓器保護的避雷器時，會產(chǎn)生壓降(剩余電壓)，作用于隔離變壓器。如果隔離變壓器與避雷器之間存在一定的電氣距離，則剩余電壓在進入前會在該距離的導(dǎo)體內(nèi)振蕩，導(dǎo)致電壓升高，導(dǎo)致施加在隔離變壓器上的電壓高于剩余電壓，從而威脅隔離變壓器的絕緣anquan。因此，在安裝隔離變壓器保護避雷器時，需要盡量保持避雷器與隔離變壓器的距離。

　　電網(wǎng)中的諧振過電壓或操作過電壓，過電壓幅值大，持續(xù)時間長。還會威脅隔離變壓器運行的anquan，甚至導(dǎo)致絕緣擊穿，破壞隔離變壓器。

　　此外，逆變換過電壓對隔離變壓器的危害也不容忽視。避雷器用于隔離變壓器防雷時，避雷器的接地線、中性線和隔離變壓器外殼采用“三位一體”的方式接地。在隔離變壓器運行時，如果高壓側(cè)被雷擊，會引起避雷器放電，剩余電壓作用在高壓繞組上。由于高壓繞組阻抗高，容抗小，雷電流只流過高壓繞組和電容對地。當電路通過接地點放電時，會對接地電阻產(chǎn)生較大的沖擊壓降，沖擊壓降也會通過中性線作用于低壓繞組，流經(jīng)低壓繞組的雷電流也會產(chǎn)生磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，這種磁通量在高壓繞組上隔離變壓器處會發(fā)生變化，產(chǎn)生非常高的感應(yīng)電壓，稱為“逆變換過電壓”。電壓幅值比剩余電壓大幾倍到幾十倍，也會造成隔離變壓器絕緣擊穿損壞。

　　三、電網(wǎng)過電壓的保護措施

　　1.安裝避雷針進行保護

　　避雷針能有效地將雷電流引向自身并anquan進入地面，是保護直擊雷的有效措施。變電站和電氣設(shè)備一般采用避雷針保護，保護范圍取決于避雷針的高度和數(shù)量。如果用多根避雷針保護，范圍更大，效果更好。同時，為防止反擊事故，避雷針的接地網(wǎng)設(shè)置和接地電阻值bixu符合技術(shù)規(guī)范，避雷針與機架、隔離變壓器、斷路器等設(shè)備的距離。bixu滿足技術(shù)要求，這樣才能達到良好的防雷效果。

　　2.架設(shè)避雷線進行保護

　　在變電站附近區(qū)域的供電進線上方架設(shè)避雷裝置，可以大大降低雷電侵入波對供電進線的概率。在避雷線以外的線路上發(fā)生雷擊時，由于進線的阻抗限制了流經(jīng)避雷器的雷電流，導(dǎo)線上的沖擊電暈降低了雷電侵入波的陡度和幅值，從而降低了避雷器保護隔離變壓器的剩余電壓，有利于與隔離變壓器絕緣配合，對隔離變壓器的防雷起到了很好的作用。

　　3.安裝避雷器進行保護

　　在電網(wǎng)中，無論是無間隙氧化鋅避雷器還是有間隙普通閥門避雷器，選擇和使用避雷器保護過電壓的一個普遍原則是:避雷器的額定電壓不應(yīng)低于安裝避雷器處的暫態(tài)過電壓；隔離變壓器中性避雷器的額定電壓不得低于隔離變壓器的zui高相電壓。如果選用避雷器的額定電壓較低，對于閥式避雷器，如果線路發(fā)生單相接地故障，由于變壓器中性點過電壓，不會滅弧，導(dǎo)致爆炸；對于無間隙氧化鋅避雷器，在一次過電壓下也會吸收過多的能量而劣化損壞。相反，如果避雷器的額定電壓選得高，相應(yīng)的沖擊放電電壓和剩余電壓就會增加，保護電氣設(shè)備的限壓效果就會變差。

　　對于常見的帶間隙的閥式避雷器，其閥板的電阻值隨流過它的電流而變化。當大的雷電流通過閥板時，其非線性電阻表現(xiàn)出很大的導(dǎo)電性，使得避雷器的剩余電壓不高。在正常電壓下，非線性電阻的導(dǎo)電率會降低，將工頻續(xù)流限制在很小的值，為火花隙切斷續(xù)流創(chuàng)造了有利條件，降低了避雷器短時間作用的沖擊放電電壓，從而保護隔離變壓器的anquan運行。

　　隔離變壓器防雷采用“三位一體”接地方式。接地裝置和接地電阻值是否能滿足技術(shù)要求，避雷器與隔離變壓器的電氣距離能否達到“lingjuli”，是隔離變壓器有效保護的關(guān)鍵。當隔離變壓器被雷電擊中時，流經(jīng)接地電阻的雷電也會產(chǎn)生壓降。這個電壓和剩余電壓會一起作用在隔離變壓器繞組上，也會威脅到隔離變壓器的anquan。

　　總之，避雷器的防雷效果取決于避雷器的剩余電壓、侵入波的陡度以及避雷器與隔離變壓器的電氣距離。在選擇避雷器時，伏秒特性的上限bixu低于隔離變壓器伏秒特性的下限，避雷器的剩余電壓也應(yīng)小于隔離變壓器允許的絕緣和耐壓程度，其值也應(yīng)小于沖擊波的幅度，這樣避雷器才能起到過電壓保護作用。

　　4.隔離變壓器中性點過壓保護

　　變電站位于多雷區(qū)，為單電源進線，因此三相雷電侵入波概率高，因此主隔離變壓器中性點需采用避雷器保護。隔離變壓器中性點過電壓保護可單獨設(shè)置，隔離變壓器中性點無間隙氧化鋅避雷器(簡稱中性點MOA)可單獨使用。中性點金屬氧化物避雷器可以保護雷電過電壓和操作過電壓。它的優(yōu)點是動作靈敏、殘壓低、電流容量大，對保護主隔離變壓器中性點免受過電壓有很好的效果。

　　此外，電流中性點MOA的額定電壓比較高，當中性點電位偏差不大時，MOA仍有較好的保護效果。有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，主隔離變壓器中性點會產(chǎn)生1倍工頻相電壓，該電壓不會對MOA造成損壞。

　　如果中性點電位嚴重偏離，避雷器在運行中的anquan將受到威脅。當中性點過電壓達到工頻相電壓的2倍以上時，避雷器會因電流不足而損壞，可能危及主變壓器的anquan。雖然發(fā)生這種情況的概率很小，但為了主變的anquan，除了利用中性點MOA保護主變中性點過電壓外，還可以將橫條間隙與避雷器并聯(lián)，限制工頻過電壓。條形間隙并聯(lián)避雷器的保護作用是用避雷器保護雷電和操作過電壓，而間隙是用來限制幅值較大的工頻過電壓。這種保護方式既保護了隔離變壓器中性點過電壓，又達到了相互保護的目的。

　　5.保護三個繞組隔離變壓器

　　繞組3隔離變壓器有三個繞組:高、中、低壓。運行中如果雷電波侵入高壓側(cè)，過電壓會通過靜電耦合和電磁感應(yīng)傳遞到低壓繞組。當高、中壓繞組運行，低壓繞組開路時，低壓繞組對地電容小，繞組上的靜電感應(yīng)電壓分量會達到很高的值，會危及低壓繞組的絕緣anquan。為了限制過電壓的危害，低壓繞組需要由插座外的避雷器保護。

　　在隔離變壓器運行時，如果系統(tǒng)發(fā)生不對稱接地故障，或者由于斷路器非全相動作而產(chǎn)生零序電壓，該電壓將通過電容耦合傳遞到低壓繞組。由于該電壓具有工頻過電壓的特點，也會危及低壓繞組的絕緣anquan。因此，除了選擇同期性能好的斷路器外，通常在隔離變壓器低壓側(cè)母線橋上安裝三個Y。利用接線電容增加低壓側(cè)對地電容，可以有效吸收和降低過電壓的幅值和陡度，從而達到保護過電壓的效果。

　　6.低壓系統(tǒng)的隔離變壓器保護

　　隔離變壓器低壓側(cè)供電線路長，易受雷電波攻擊。當?shù)蛪壕€路被雷擊時，電壓分別作用在低壓繞組和接地電阻上。由于電磁感應(yīng)，侵入的雷電流會按照隔離變壓器的比例在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。為防止高壓繞組受到反變換過電壓的危害，在低壓側(cè)出口處應(yīng)安裝一組金屬氧化物避雷器，以yizhi低壓繞組產(chǎn)生的沖擊磁通，從而起到過電壓保護的作用。

　　此外，由于Y和Zn11連接組的隔離變壓器繞組的結(jié)構(gòu)特點，如果采用這種隔離變壓器，對逆變換的過電壓也將起到很好的yizhi作用，可以有效保護“逆變換過電壓”對隔離變壓器造成的損害。

　　四、結(jié)束語

　　隔離變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其絕緣水平相對較弱，過電壓造成隔離變壓器損壞的概率zui高。為了保證隔離變壓器的anquan可靠運行，除了選擇高質(zhì)量的隔離變壓器外，還需要對運行的隔離變壓器設(shè)置有效的過壓保護。根據(jù)電網(wǎng)的運行特點和接地方式，隔離變壓器中性點發(fā)生過電壓的概率較大。除變電站和電網(wǎng)過電壓保護外，隔離變壓器中性點應(yīng)設(shè)置合理的過電壓保護，確保隔離變壓器anquan穩(wěn)定運行。