電網(wǎng)過電壓對變壓器的危害及防護措施

在電力系統(tǒng)運行中，電網(wǎng)過電壓是威脅變壓器安全穩(wěn)定運行的重要因素之一。變壓器作為電力系統(tǒng)的核心設備，承擔著電壓變換、電能傳輸?shù)年P鍵作用，其運行狀態(tài)直接影響整個電網(wǎng)的可靠性。本文將詳細解析電網(wǎng)過電壓的類型，深入分析其對變壓器的危害，并提出針對性的防護措施，為電力企業(yè)保障設備安全提供參考。

一、電網(wǎng)過電壓的主要類型

電網(wǎng)過電壓指電力系統(tǒng)中電壓數(shù)值超過額定電壓，且對設備正常運行構成威脅的異常電壓現(xiàn)象，主要分為以下三類：

1. 操作過電壓：由開關操作（如斷路器合閘、分閘）、負荷突變等人為操作引發(fā)，持續(xù)時間較短（通常為幾十微秒至幾十毫秒），但幅值較高，常見于變壓器投切、線路重合閘等場景。

2. 暫時過電壓：包括工頻過電壓和諧振過電壓，持續(xù)時間較長（可達數(shù)秒至數(shù)分鐘），幅值相對較低。工頻過電壓多因線路空載、甩負荷等導致，諧振過電壓則由系統(tǒng)元件參數(shù)匹配不當引發(fā)諧振產生。

3. 雷電過電壓：由雷電擊中線路或變電站設備引發(fā)，分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓，具有幅值極高（可達數(shù)十萬伏）、上升速度快的特點，是戶外變壓器面臨的主要威脅之一。

二、電網(wǎng)過電壓對變壓器的核心危害

變壓器的絕緣結構、繞組、鐵芯等部件對過電壓極為敏感，過電壓作用下易出現(xiàn)性能劣化甚至直接損壞，具體危害如下：

（一）絕緣結構損壞

絕緣是變壓器安全運行的 “防線”，過電壓會直接破壞絕緣性能：

• 短期高幅值過電壓（如雷電過電壓、操作過電壓）會導致絕緣材料瞬間擊穿，引發(fā)繞組對地、繞組間的短路故障，造成變壓器停運；

• 長期較低幅值的暫時過電壓會加速絕緣老化，使絕緣紙、絕緣油的介損增大、擊穿電壓下降，縮短變壓器使用壽命，增加突發(fā)故障風險。

（二）繞組變形與損壞

過電壓會在變壓器繞組中產生巨大的電磁力和暫態(tài)電流，導致繞組損傷：

• 暫態(tài)電流引發(fā)的電動力會使繞組發(fā)生位移、變形，破壞繞組的絕緣結構，進而引發(fā)匝間短路、相間短路等嚴重故障；

• 過電壓產生的沖擊電流會使繞組溫度急劇升高，加速絕緣材料的老化，降低繞組的機械強度和絕緣性能。

（三）鐵芯故障

過電壓會干擾變壓器鐵芯的正常磁路，引發(fā)鐵芯過熱、損壞：

• 過電壓導致鐵芯中磁通量急劇變化，產生較大的渦流損耗，使鐵芯溫度升高，可能導致鐵芯絕緣層損壞，引發(fā)鐵芯多點接地故障；

• 長期過熱會使鐵芯硅鋼片間的絕緣漆老化失效，進一步增大渦流損耗，形成惡性循環(huán)，嚴重時會燒毀鐵芯。

（四）附件損壞

變壓器的套管、分接開關等附件也易受高電壓沖擊：

• 過電壓會擊穿套管絕緣，導致套管閃絡、炸裂，引發(fā)漏油、短路等故障；

• 分接開關的觸點在過電壓作用下易產生電弧，燒蝕觸點表面，導致接觸不良，增加開關故障概率，影響變壓器的調壓性能。

三、變壓器過電壓防護措施

為降低電網(wǎng)過電壓對變壓器的危害，需結合過電壓類型采取針對性防護手段：

1. 安裝過電壓保護裝置：在變壓器高壓側安裝避雷器（如氧化鋅避雷器），可有效限制雷電過電壓和操作過電壓的幅值，避免高電壓侵入變壓器；對于 35kV 及以上變壓器，可配置中性點避雷器，保護中性點絕緣。

2. 優(yōu)化系統(tǒng)運行操作：規(guī)范開關操作流程，避免頻繁投切變壓器、空載線路，減少操作過電壓的產生；合理規(guī)劃電網(wǎng)結構，降低系統(tǒng)諧振風險，避免暫時過電壓長時間作用于變壓器。

3. 加強設備絕緣維護：定期對變壓器絕緣油進行色譜分析、介損測試，及時更換老化的絕緣油和絕緣紙；檢查套管、繞組的絕緣狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷及時處理，提升設備絕緣水平。

4. 完善監(jiān)測與預警系統(tǒng)：安裝變壓器在線監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測繞組溫度、油位、局部放電等參數(shù)，結合電網(wǎng)電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時預警過電壓風險；建立設備故障應急預案，縮短故障處理時間，減少故障損失。

四、結語

電網(wǎng)過電壓對變壓器的危害貫穿設備絕緣、繞組、鐵芯及附件等多個環(huán)節(jié)，若防護不當，可能引發(fā)設備故障甚至電網(wǎng)停運，造成巨大的經(jīng)濟損失。電力企業(yè)需充分認識過電壓危害，通過 “防護裝置 + 運行優(yōu)化 + 維護監(jiān)測” 的綜合手段，構建全方位的過電壓防護體系，保障變壓器安全穩(wěn)定運行，為電力系統(tǒng)的可靠供電奠定堅實基礎。