在實際工作中出現(xiàn)的一次設(shè)備的絕緣故障問題，首先要想到，系統(tǒng)是否存在過電壓，是哪一類過電壓，參數(shù)配合是否合理；對于新建項目，它的各種防過電壓措施和絕緣配合是否合理。重在培養(yǎng)意識和觀念，重點在于加強提高認識和應用方面的知識，著眼于解決實際問題。至于理論上的公式推導和數(shù)學模型，大家手上可常備幾本參考書，便于碰到問題時查閱。同時對于更深層次的問題，知道用什么手段和途徑去解決。

1  什么是電力系統(tǒng)的過電壓?

   超過電力系統(tǒng)最高工作電壓(Um)稱為電力系統(tǒng)的過電壓。

    兩層意思

     ①這里講的電力系統(tǒng)最高工作電壓，是指各個電壓等級的最高電壓Um ；

     ②各個電壓等級的最高電壓Um，同該等級的額定電壓有對應關(guān)系；

    Um ：對于研究過電壓問題，是一個很重要的參數(shù)和符號。

     幾個電壓的關(guān)系 

          ①系統(tǒng)標稱電壓UN 

          ②線路額定電壓

          ③同步發(fā)電機額定電壓

          ④降壓變一二次繞組額定電壓

                    ⑤升壓變一二次繞組額定電壓

          ⑥電力系統(tǒng)最高工作電壓(Um)

   ---系統(tǒng)標稱電壓( kV )

0.38   3    6    l0   15     20     35

 66   110    220    330    500    750 

  將超過220 kV的系統(tǒng)成為超高壓電力系統(tǒng)

 --線路額定電壓

         線路額定電壓跟系統(tǒng)標稱電壓完全相同

---發(fā)電機的額定電壓

   發(fā)電機的額定電壓（kV），一般比直配線路（3  6  l0）額定電壓高 5 % 

 3.15  6.3  10.5  13.8  15.75  17  

     （20  22  24  26）  

   大容量的發(fā)電機（超過100MW），接入系統(tǒng)方式為發(fā)電機-變壓器組的接線方式，其額定電壓為1 3.8 kV及以上，同系統(tǒng)和廠用電連接都有變壓器隔離，分析過電壓問題和角度有所不同。 

---降壓變壓器

    對于降壓變壓器一次繞組的額定電壓，與相連線路的額定電壓相同。

      發(fā)電廠廠用降壓變壓器，一次繞組的額定電壓與發(fā)電機額定電壓相同

       降壓變壓器二次繞組的額定電壓，需要比所連接的系統(tǒng)標稱電壓高10％ 

   兩個原因  

正常運行時降壓變二次電壓較線路高5% 額定負載下降壓變內(nèi)部的電壓降約為5%

---升壓變壓器

   升壓變壓器一次繞組的額定電壓，與發(fā)電機額定電壓相同 

   升壓變壓器二次繞組的額定電壓，需要比所連接的系統(tǒng)標稱電壓高10％ 

 原因同降壓變壓器二次繞組的額定電壓

我國各種電壓等級使用情況如下

  ①3 、6kV 用于發(fā)電廠廠用電和配電網(wǎng)電壓。

  ②10kV廣泛用于配電網(wǎng)電壓。

  ③35 、66kV為大城市、大工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的配電網(wǎng)和農(nóng)村輸電網(wǎng)電壓。

  ④110、220kV用于電網(wǎng)主干輸電線電壓。

⑤330 、 500 kV 用于大電網(wǎng)主網(wǎng)網(wǎng)架電壓。⑥500 （包括直流輸電）、 750kV 用于系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線。

  其中330 750kV為西北電網(wǎng)所特有

  ⑦我國已經(jīng)建成1000kV交流、800kV直流的特高壓輸電線路的示范工程。    

系統(tǒng)標稱電壓同最高工作電壓對應關(guān)系為：

              （ UN －－→Um    kV）

UN        3     6    10    15    20    35     66    110    220 

Um  3.6  7.2   12    18    24   40.5  72.5  126    252

系統(tǒng)最高工作電壓Um是很重要的參數(shù)和指標,

研究過電壓問題時經(jīng)常要用到。

  請牢記各個電壓等級的最高工作電壓Um！

  過電壓的概念

    系統(tǒng)中的運行電壓，如超過該電壓等級下相對應的Um，稱為過電壓。

 2 過電壓的產(chǎn)生      

     過電壓屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象，電力系統(tǒng)中電路狀態(tài)或電磁狀態(tài)的突然變化是產(chǎn)生過電壓的根本原因。

     過電壓分為外過電壓和內(nèi)過電壓兩大類。研究電力系統(tǒng)中各種過電壓的起因，預測其幅值，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)運行都具有重要意義。

   制造廠商的電工設(shè)備絕緣水平必須保證：

        ①長期耐受工作電壓的考驗；

    ②必須能夠承受在一定時間內(nèi)的一定幅度過電壓沖擊；

內(nèi)部過電壓

          內(nèi)部過電壓是由于電力系統(tǒng)故障、或開關(guān)操作、或參數(shù)配合不當而引起的電網(wǎng)運行狀態(tài)變化，導致電網(wǎng)中電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生瞬時或持續(xù)高于電網(wǎng)額定允許電壓、并對電氣裝置可能造成威脅的電壓升高。

    內(nèi)部過電壓分為三大類：操作過電壓、工頻過電壓、諧振過電壓

         在故障或操作時瞬間發(fā)生的過電壓稱為操作過電壓，其持續(xù)時間一般在幾十毫秒之內(nèi)；

    在暫態(tài)過渡過程結(jié)束以后出現(xiàn)的，持續(xù)時間大于0.1秒甚至數(shù)小時的持續(xù)性過電壓稱為暫時過電壓。

   暫時過電壓又可以分為工頻過電壓和諧振過電壓。

   電力系統(tǒng)內(nèi)部的過電壓主要有：

（1）操作過電壓：由于斷路器操作（或出現(xiàn)故障保護動作引起）的過電壓。 

（2）工頻過電壓：由于電網(wǎng)運行方式的突然改變，引起某些電網(wǎng)工頻電壓的升高。

（3）諧振過電壓：由系統(tǒng)電感和電容組成的諧振回路引起的過電壓。

電力系統(tǒng)的過電壓值：

  （1）相對地暫時過電壓和操作過電壓的標么值：

      工頻過電壓

　　　　　　　1.0p.u.= Um/√3；

      諧振過電壓和操作過電壓

　　　　　　　1.0p.u.=√2Um/√3

（2）系統(tǒng)的工頻過電壓水平

      線路斷路器的變電所側(cè) 1.3p.u.

      線路斷路器的線路側(cè)   1.4p.u.

　對110kV及220kV系統(tǒng)

　　工頻過電壓一般不超過　1.3p.u.；　　　3kV～10kV系統(tǒng)一般不超過1.1√3p.u

35kV～66kV系統(tǒng)，一般分別不超過　　　　　　　　　　　　　　1.1√3p.u和√3p.u。

 （3）系統(tǒng)的操作過電壓水平

  110-220kV中性點直接接地：3.0p.u.

  66kV及以下中性點不接地：3.5p.u

            消弧線卷接地：3.2p.u

                電阻接地：2.5p.u

操作過電壓

       幾種描述( E= L·di/dt)：

--所謂操作過電壓是指當斷路器、刀閘進行操作或發(fā)生系統(tǒng)故障時,電力系統(tǒng)從一種穩(wěn)定工作狀態(tài)通過振蕩轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定工作狀態(tài)的過渡過程中所產(chǎn)生的暫態(tài)性質(zhì)的過電壓。

--電流通過導體時在其周圍建立一個磁場,將能量儲存起來,當電流斷開或接通時(特別是當導線較長或者切合感性負載、開斷容性負載時),磁場的能量將急速釋放,形成瞬態(tài)過電壓。

--投切設(shè)備或切換線路引起的動態(tài)過電壓，是指在電網(wǎng)中,有大量的電感電能貯能元件,用開關(guān)接通或切斷電路時、發(fā)生故障性短路或斷路時,均將引起動態(tài)過電壓。

--是電磁能量發(fā)生振蕩的過渡過程。

       操作過電壓，由于進行斷路 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，是毫秒級暫態(tài)過程的過壓。

常見的有：

 ---切除空載線路過電壓

 ---空載線路合閘和重合閘過電壓

 ---切斷空載變壓器過電壓

 ---切斷電動機等電感性負載的過電壓

 ---弧光接地過電壓

 ---切除電容器過電壓

 ---其他操作過電壓

1.切除空載線路時的過電壓

  切斷空載線路或并聯(lián)電容器組時，可能引起“電感-電容”回路振蕩過程，引起過電壓，產(chǎn)生電弧重燃，引起電氣設(shè)備的多次絕緣閃絡(luò)或擊穿事故。

   用開關(guān)切除空載線路時，可能在線路或母線側(cè)出現(xiàn)危險的過電壓。在工頻條件下，由于，空載線路表現(xiàn)為一個等值的電容負荷，所以切除空載長線時產(chǎn)生的過電壓與切除電容器組時產(chǎn)生的過電壓性質(zhì)完全相同。

  　切除空載線路過電壓：

　　　空載線路屬于電容性負載。由于切斷過程中交流電弧的重燃而引起更劇烈的電磁振蕩,使線路出現(xiàn)過電壓。其原理如圖所示。t1時刻工頻電流熄滅，此時線路仍保持殘余電壓Uc＝＋Em；

　　　t2-t3時高頻電弧第一次重燃又熄滅，使線路電壓經(jīng)過振蕩達到-3Em；t4-t5時電弧第二次重燃并熄滅，使線路電壓達到5Em。如此推演,直至電弧不再重燃、電流最終切斷為止。切除電容器等其他電容性負載，都會因電弧重燃而引起上述過程的       

電弧重燃具有強烈的統(tǒng)計性，過電壓幅值=穩(wěn)態(tài)值+（穩(wěn)態(tài)值-初始值 穩(wěn)態(tài)值=Em,初始值=- Em,  t3時刻的過電壓幅值= Em+[Em -（- Em）]=3 Em以此類推，t5時刻的過電壓幅值為5 Em

限制措施:

－－改善斷路器性能,增大觸頭滅弧能力

－－采用帶并聯(lián)電阻（約3000? ）的開關(guān)

－－線路上裝電磁式放電PT

－－并聯(lián)電抗器

－－采用專門的磁吹避雷器

   2 .空載線路合閘和重合閘的過電壓

    系統(tǒng)在合閘初瞬間的暫態(tài)過程中，電源電壓通過系統(tǒng)的電感和電容，在回路中會發(fā)生諧振，因起過電壓。 

    合閘過電壓有計劃性合閘操作和故障后自動重合閘。

  限制措施:采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)

  3 .切除空載變壓器引起的過電壓

    切除空載變壓器是電網(wǎng)中常見的一種操作形式。在正常運行的情況下，空載變壓器表現(xiàn)為一個勵磁電感（它的漏感較小得多，可以忽略），因此切除空載變壓器也即是切除電感負載。

 　 切除電動機、電抗器時，開關(guān)中的電感電流突然被切斷，電感中儲存的磁能將在被切除的電器和開關(guān)上引起過電壓。

    限制措施:采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)或高性能的開關(guān)。

 4.切斷電動機等電感性負載的過電壓

   　真空斷路器切斷變壓器、電動機等感性負載時，將產(chǎn)生操作過電壓。這是因為真空斷路器優(yōu)越的絕緣性能在電弧電流過零點前就被強行切斷，引起線路產(chǎn)生感應過電壓，同時在感性負載與分布電容之間發(fā)生高頻振蕩，使得電動機等電感性負載端部產(chǎn)生過電壓。  

           由于電感電流不在零點時被迫截斷，在電感電路中電流突變會感應很高電壓，其過電壓值與截留值有關(guān)，有數(shù)值顯示這種電感電路中的操作過電壓可達7倍額定值以上，如果電動機在起動時斷路器跳閘,此時過電壓倍數(shù)更高。              

    5 .弧光接地過電壓

     在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，各相的相電壓升高，則流過故障點的接地電流也隨著增加，許多暫時性的單相弧光接地故障往往能自行熄滅，在接地電流不大的系統(tǒng)中，不會產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧，這種間歇性的電弧引起系統(tǒng)運行方式瞬息變化，導致多次重復性電磁振蕩，在無故障相和故障相上產(chǎn)生嚴重的弧光過電壓。 

  限制措施:采用消弧線圈接地或電阻接地方式。 

 6.切除電容器過電壓

     多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向電容進行充電而產(chǎn)生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側(cè)為工頻電源，另一側(cè)為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發(fā)生擊穿，斷路器的恢復電壓就會升高，就會發(fā)生第二次重燃，再滅弧、再重燃以致發(fā)生多次重燃現(xiàn)象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復電壓逐級升高，負載端的電壓也不斷升高，致使產(chǎn)生多次重燃過電壓。

7.其他形式的操作過電壓

①操作刀閘引起的過電壓

②二次回路的操作過電壓