摘要

电力系统在运行过程中，不可避免地会遇到各种过电压现象，这些过电压可能源于雷击、操作失误、设备故障等多种因素，对电力设备的安全稳定运行构成严重威胁，研究并实施有效的内部过电压保护措施，对于保障电力系统的可靠性与安全性具有重要意义，本文旨在探讨电力系统内部过电压的成因、类型及其危害，并结合实际案例分析，提出针对性的保护策略与建议。

关键词

电力系统；内部过电压；保护措施；实例分析

一、引言

随着电力工业的快速发展，电网结构日益复杂，电压等级不断提升，电力系统面临的过电压问题也愈发突出，内部过电压作为其中一种常见现象，其产生机理复杂多样，影响范围广泛，若不加以有效控制，极易导致设备损坏、系统故障甚至大规模停电事故，深入理解内部过电压的特性，掌握其保护技术，对于提升电力系统的安全运行水平至关重要。

二、电力系统内部过电压概述

2.1 内部过电压的定义与分类

内部过电压是指在电力系统正常运行或故障状态下，由于电磁能量转换、参数变化等原因，在系统内部产生的超过设备额定绝缘水平的电压升高现象，根据产生原因的不同，内部过电压可分为操作过电压、谐振过电压、暂时过电压和雷电过电压（虽名为“外部”，但雷电波侵入后亦会在系统内产生高幅值电压）等几类。

2.2 内部过电压的危害

内部过电压对电力系统的直接影响体现在以下几个方面：一是加剧电气设备的绝缘老化，缩短设备使用寿命；二是引发设备故障，如避雷器爆炸、互感器烧毁等；三是造成系统稳定性下降，增加误动或拒动的风险；四是影响电能质量，对敏感负荷造成损害。

三、内部过电压的产生机理

3.1 操作过电压

操作过电压主要发生在断路器操作、故障清除等过程中，由于系统状态突变引起电磁能量快速释放，形成高频振荡电压，其特点为持续时间短暂但峰值高。

3.2 谐振过电压

当系统中存在电容、电感元件时，特定条件下易发生串联或并联谐振，导致电压异常升高，谐振过电压的特点是频率低、持续时间长，一旦形成难以自行消除。

3.3 暂时过电压

暂时过电压通常由单相接地故障、不对称短路等情况引起，表现为相对地电压或相间电压的短时升高，其特点是与故障位置、持续时间及系统接地方式密切相关。

四、内部过电压保护措施

4.1 避雷器的应用

避雷器是最常用的内部过电压保护装置之一，通过非线性电阻特性，在正常工作电压下呈现高阻态，而在过电压发生时迅速转为低阻态，将雷电流引入大地，从而限制过电压幅值。

4.2 消弧线圈与接地变压器

针对谐振过电压，可采用消弧线圈补偿电容电流，改变系统等效阻抗，避免谐振条件的满足；或者使用接地变压器提供人为中性点，增强系统的接地能力。

4.3 继电保护与自动控制

利用先进的继电保护技术和自动控制系统，实现对过电压的实时监测与快速响应，采用微机保护装置进行故障识别与隔离，以及通过FACTS设备调节系统参数，抑制过电压发展。

4.4 优化设计与运维管理

从源头上减少过电压风险，包括合理规划电网结构、选用高性能绝缘材料、加强设备定期检测与维护等措施，提高系统整体的耐压水平和抗扰动能力。

五、实例分析

5.1 案例背景

某地区220kV变电站在进行主变倒闸操作时，突然遭遇雷暴天气，导致一起严重的内部过电压事故，事故造成一台主变压器差动保护动作跳闸，同时伴有多条出线开关非计划性分合。

5.2 事故经过

事故发生于夏季午后，当时正值用电高峰时段，操作人员按照调度指令执行主变由运行转备用的操作流程，正当断开主变高压侧断路器瞬间，附近区域突发强雷电活动，虽然变电站装有避雷设施，但由于雷电强度大且直接击中站内设备，引发了复杂的电磁暂态过程，形成了高幅值的内部过电压，该过电压首先导致主变内部绝缘击穿，触发差动保护动作；随后，由于故障电流路径改变，进一步诱发了多条出线的开关误动。

5.3 原因分析

1、雷击直接作用：尽管变电站有一定的防雷设计，但极端天气条件下的直击雷仍可能突破防护阈值，直接作用于电气设备，产生强烈的冲击波。

2、操作时机不当：在恶劣天气下进行主设备操作，增加了系统暴露于高风险环境的时间窗口，使得原本可控的内部过电压风险被放大。

3、设备绝缘裕度不足：主变及其他相关设备的绝缘水平未能充分应对此类高强度过电压，反映出设备选型或维护可能存在不足。

4、二次系统敏感性过高：保护装置及自动化系统对瞬态过电压过于敏感，未能有效区分内外过电压，导致不必要的跳闸动作。

5.4 教训与改进措施

1、强化防雷体系：升级现有避雷设施，增设多级防护，确保即使在极端天气下也能有效吸收雷电能量，减少其对站内设备的影响。

2、优化操作规程：制定更为严格的操作规范，明确规定在恶劣气象条件下禁止或限制非紧急操作，以降低风险暴露。

3、提升设备性能：对关键设备进行技术改造或更换，采用更高标准的绝缘材料和技术，增强其抵抗过电压的能力。

4、完善继电保护设置：调整保护定值，引入更智能的保护策略，如增加过电压识别功能，避免因瞬态干扰导致的误动，同时保证故障时的快速准确切除。

5、加强运维培训：加大对运维人员的专业技能培训力度，提高其对复杂工况下潜在风险的预判与应对能力，确保操作安全。

六、结论

电力系统内部过电压是影响电网安全稳定运行的重要因素之一，其防控需综合考虑技术、管理和环境等多方面因素，通过科学合理的设计、先进可靠的保护措施以及严格的运维管理，可以有效降低内部过电压带来的风险，保障电力系统的安全可靠供电，随着智能电网技术的发展和应用，内部过电压保护将更加智能化、精细化，为构建坚强智能电网提供坚实保障。