电网过电压对变压器的危害及防护措施
在电力系统运行中,电网过电压是威胁变压器安全稳定运行的重要因素之一。变压器作为电力系统的核心设备,承担着电压变换、电能传输的关键作用,其运行状态直接影响整个电网的可靠性。本文将详细解析电网过电压的类型,深入分析其对变压器的危害,并提出针对性的防护措施,为电力企业保障设备安全提供参考。
一、电网过电压的主要类型
电网过电压指电力系统中电压数值超过额定电压,且对设备正常运行构成威胁的异常电压现象,主要分为以下三类:
操作过电压:由开关操作(如断路器合闸、分闸)、负荷突变等人为操作引发,持续时间较短(通常为几十微秒至几十毫秒),但幅值较高,常见于变压器投切、线路重合闸等场景。
暂时过电压:包括工频过电压和谐振过电压,持续时间较长(可达数秒至数分钟),幅值相对较低。工频过电压多因线路空载、甩负荷等导致,谐振过电压则由系统元件参数匹配不当引发谐振产生。
雷电过电压:由雷电击中线路或变电站设备引发,分为直击雷过电压和感应雷过电压,具有幅值极高(可达数十万伏)、上升速度快的特点,是户外变压器面临的主要威胁之一。
二、电网过电压对变压器的核心危害
变压器的绝缘结构、绕组、铁芯等部件对过电压极为敏感,过电压作用下易出现性能劣化甚至直接损坏,具体危害如下:
(一)绝缘结构损坏
绝缘是变压器安全运行的 “防线”,过电压会直接破坏绝缘性能:
短期高幅值过电压(如雷电过电压、操作过电压)会导致绝缘材料瞬间击穿,引发绕组对地、绕组间的短路故障,造成变压器停运;
长期较低幅值的暂时过电压会加速绝缘老化,使绝缘纸、绝缘油的介损增大、击穿电压下降,缩短变压器使用寿命,增加突发故障风险。
(二)绕组变形与损坏
过电压会在变压器绕组中产生巨大的电磁力和暂态电流,导致绕组损伤:
暂态电流引发的电动力会使绕组发生位移、变形,破坏绕组的绝缘结构,进而引发匝间短路、相间短路等严重故障;
过电压产生的冲击电流会使绕组温度急剧升高,加速绝缘材料的老化,降低绕组的机械强度和绝缘性能。
(三)铁芯故障
过电压会干扰变压器铁芯的正常磁路,引发铁芯过热、损坏:
过电压导致铁芯中磁通量急剧变化,产生较大的涡流损耗,使铁芯温度升高,可能导致铁芯绝缘层损坏,引发铁芯多点接地故障;
长期过热会使铁芯硅钢片间的绝缘漆老化失效,进一步增大涡流损耗,形成恶性循环,严重时会烧毁铁芯。
(四)附件损坏
变压器的套管、分接开关等附件也易受高电压冲击:
过电压会击穿套管绝缘,导致套管闪络、炸裂,引发漏油、短路等故障;
分接开关的触点在过电压作用下易产生电弧,烧蚀触点表面,导致接触不良,增加开关故障概率,影响变压器的调压性能。
三、变压器过电压防护措施
为降低电网过电压对变压器的危害,需结合过电压类型采取针对性防护手段:
安装过电压保护装置:在变压器高压侧安装避雷器(如氧化锌避雷器),可有效限制雷电过电压和操作过电压的幅值,避免高电压侵入变压器;对于 35kV 及以上变压器,可配置中性点避雷器,保护中性点绝缘。
优化系统运行操作:规范开关操作流程,避免频繁投切变压器、空载线路,减少操作过电压的产生;合理规划电网结构,降低系统谐振风险,避免暂时过电压长时间作用于变压器。
加强设备绝缘维护:定期对变压器绝缘油进行色谱分析、介损测试,及时更换老化的绝缘油和绝缘纸;检查套管、绕组的绝缘状态,发现绝缘缺陷及时处理,提升设备绝缘水平。
完善监测与预警系统:安装变压器在线监测装置,实时监测绕组温度、油位、局部放电等参数,结合电网电压监测数据,及时预警过电压风险;建立设备故障应急预案,缩短故障处理时间,减少故障损失。
四、结语
电网过电压对变压器的危害贯穿设备绝缘、绕组、铁芯及附件等多个环节,若防护不当,可能引发设备故障甚至电网停运,造成巨大的经济损失。电力企业需充分认识过电压危害,通过 “防护装置 + 运行优化 + 维护监测” 的综合手段,构建全方位的过电压防护体系,保障变压器安全稳定运行,为电力系统的可靠供电奠定坚实基础。