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过电压对变压器造成的危害及原因分析
2021-04-10

变压器是电网变换电压和传送电能的电力设备,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。


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力设备发生故障,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。


二、 电网过电压对变压器的危害

电网中产生的几种过电压,真正对变压器绝缘和保护装置产生影响的,主要取决于过电压的波形,幅值和持续时间,考核设备绝缘水平的电压波形有三种:短波前的雷电波、长波前的操作波和低频电压波,设备绝缘对雷电、操作或工频电压的耐受能力应由相应的波形电压来检验,一般可采用试验变压器对变压器进行耐压试验,减小被破坏的几率。


在过电压对变压器造成损坏的事故中,雷电过电压导致绝缘击穿损坏的机率最多,当电网遭受雷击时,在线路导线上会产生一种振幅很大,作用时间很短的非周期性脉冲电压波,它以光速沿线传输,先在线路避雷器放电,余波经变压器入地,当余波经变压器保护的避雷器时,将产生电压降(残压)而作用在变压器上,假如变压器与避雷器之间存在一定电力距离,残压在进入前会在这段距离的导线振荡而导致电压的升高,造成加在变压器上电压高于残压,从而对变压器绝缘安全造成威胁,所以在安装变压器的保护避雷器时,应尽量实现避雷器和变压器保持零距离。


电网内出现的谐振过电压或操作过电压,其过电压幅值也高,持续时间也较长,同样也会威胁到变压器运行的安全,甚至还会导致绝缘击穿而毁坏变压器。

此外,逆变换过电压对变压器的危害也不容忽视,当变压器采用避雷器进行防雷保护时,其避雷器接地线、变压器中性线和变压器外壳采用“三位一体”的方式接地,变压器运行中若高压侧遭受雷击时,会引起避雷器放电,产生的残压作用在高压绕组上,由于高压绕组阻抗很大,容抗很小,雷电流只在高压绕组和对地电容上流过,其电路经接地点放电时,会在接地电阻上产生一个很大的冲击电压降,此电压经过中性线也会施加低压绕组上,而低压绕组流过雷电流也会产生磁通,根据电磁感应原理,此磁通会在高压绕组上按变压器变化产生很高感应电压,此电压称之为“逆变换过电压”,该电压幅值要比残压大几倍到几十倍,同样也会造成变压器绝缘的击穿而损坏。


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