暫時過電壓

暫時過電壓是由於斷路器操作或發生短路故障，使電力系統經歷過渡過程以後重新達到某種暫時穩定的情況下所出現的超過額定值的電壓。

基本介紹

• 中文名：暫時過電壓
• 外文名：Transient overvoltage
• 表現：超過額定值的電壓
• 原因：斷路器操作或發生短路故障
• 常見：空載長線電容效應
• 學科：電力工程

簡介

暫時過電壓是由於斷路器操作或發生短路故障，使電力系統經歷過渡過程以後重新達到某種暫時穩定的情況下所出現的超過額定值的電壓。常見的有：①空載長線電容效應（費蘭梯效應）。在工頻電源作用下，由於遠距離空載線路電容效應的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高。②不對稱短路接地。三相輸電線路a相短路接地故障時 ，b、c 相上的電壓會升高。③甩負荷過電壓，輸電線路因發生故障而被迫突然甩掉負荷時，由於電源電動勢尚未及時自動調節而引起的過電壓。操作過電壓是由於進行斷路器操作或發生突然短路而引起的衰減較快持續時間較短的過電壓，常見的有：①空載線路合閘和重合閘過電壓。②切除空載線路過電壓。③切斷空載變壓器過電壓。④弧光接地過電壓。諧振過電壓是電力系統中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發生諧振所造成的過電壓。一般按起因分為：1.線性諧振過電壓。2.鐵磁諧振過電壓。3.參量諧振過電壓。

暫時過電壓分層識別系統

電力系統暫時種類較多，發生機理不盡相同，從分類結構上看，各種類型過電壓之間存在從屬關係，而目前的電力系統信號識別方法，並沒有考慮信號之間的層次關係，大都採用集中式的特徵提取及分類識別，識別程式和參數修改不方便，擴展性差，因此，採用分層識別的思想建立暫時過電壓分層識別系統，各層過電壓分別由不同節點區分開來。

暫時過電壓分層識別系統採用自上而下的逐級分層識別方式，體現了暫時過電壓分類的本質規律，可以有針對性地選取每一層次的特徵量，以避免集中式提取特徵計算浪費和特徵效果不明顯；同時，各層節點處的分類器相互獨立，若要增加新的過電壓類型，只需在兩個節點之間插入相應的特徵提取方法和分類器，無需對整個識別系統修改，擴展性較好；此外，在整個暫時過電壓分層識別系統中，根據特徵量提取的難易，可首先識別較易識別的信號，如單相接地過電壓。

採用暫時過電壓分層識別系統時，綜合考慮過電壓的出現機率以及過電壓類型識別的工程實用性，著重分析實際系統出現次數較多的單相接地、高頻諧振、基波諧振和分頻諧振四種暫時過電壓；而弧光接地過電壓雖屬操作過電壓，但因電弧多次熄滅和重燃，持續時間較長，故將弧光接地過電壓歸為暫時過電壓一起研究。

多級支持向量機分類器構造

SVM是針對二元問題提出的，在套用於電力系統暫時過電壓識別等多類問題時，需要將其擴展到多元分類問題，因此，需要建立多分類SVM分類器，將多元問題轉化為二元問題。

SVM多類分類器的方法主要有兩類：一類是直接法，直接在目標函式上進行修改，將多個分類面的參數求解合併到一個最最佳化問題中，通過求解該最最佳化問題“一次性”實現多類分類。這種方法看似簡單，但特徵量維數較高，計算複雜，實現起來比較困難，只適合解決小型問題；另一類是間接法，主要是通過組合多個二分類器來實現多分類器的構造，該方法計算簡單，較易實現，但需構建多個分類器。

基於M-SVM的暫時過電壓分層識別

數據取預處理

（1）特徵量計算時間區間選取

電力系統中雷電過電壓和操作過電壓持續時間相對較短，一般在一個工頻周期之內（弧光接地過電壓除外）；暫時過電壓持續時間相對較長，從幾個工頻周期到1.5~2h不等。綜合考慮各種過電壓類型持續時間和波形特徵，以過電壓發生時的五個工頻周期（100ms）為計算區間，在200kHz的採樣頻率下，共20000個採樣點。

（2）根據電壓等級，將零序過電壓信號歸一化

考慮到過電壓發生時，三相電壓波形變化可能不盡相同，為避免分相判斷，採用零序電壓作為分析對象。在正常情況下，零序電壓為零，發生過電壓時，三相電壓波形變化會在零序電壓波形上體現。

暫時過電壓時頻特徵提取

（1）時域統計特徵

不同過電壓類型的時域波形各不相同，暫時過電壓發生時，頻率範圍相對較低，時域統計特徵能夠直觀有效的反映其波形整體特徵。

（2）小波時頻特徵

不同過電壓類型，頻帶範圍分布各不相同，工頻電壓升高和諧振過電壓頻帶範圍主要在0~800Hz，弧光接地過電壓因電弧多次熄滅和重燃，有效信息大都集中在1 kHz以上的高頻段。對於採樣頻率為200 kHz的過電壓信號，根據小波分解頻帶減半的原理，將零序電壓信號分解11層，第1~11層細節信號及第11層近似信號對應的頻帶範圍。

暫時過電壓的成因

電力系統中，凡是峰值高於系統最大運行電壓Um的電壓叫過電壓。暫時過電壓是指其頻率為工頻或某諧波頻率，且在其持續時間範圍內無衰減或弱衰減的過電壓。暫時過電壓與電力系統結構、容量、參數、運行方式、故障條件，以及各種安全自動裝置的特性有關。

星型連線才有中性點，引出了中性線才可能出現零序電流，這時，由於中性線自身阻抗而造成相電壓的不對稱，即某些相上出現嚴重的TOV值。這種現象在農村尤為常見，因為農村單相供電更普遍，加上距離長、面積大、監管不及時，出現嚴重TOV的情況時常發生。

電力系統容量越大，暫時過電壓產生的影響就越小。涉及到低壓系統，由於一般容量都不是很大，因此，暫時過電壓的影響是顯著的。系統參數的選擇失配主要是會產生諧波頻率的暫時過電壓，稱為諧振過電壓，尤其要注意的是鐵磁諧振。

電力系統的運行方式涉及到系統容量和中性點運行方式（不接地、經消弧線圈接地、直接接地），不同運行方式下暫時過電壓的影響也會不同。從故障條件來看，低壓系統中的工頻暫時過電壓主要由低壓接地故障、負荷不對稱、中性線斷線和高壓接地故障4大類故障引起的。安全自動裝置主要影響到TOV的限值和在系統中持續的時間。

系統中出現的暫時過電壓易造成電力設備和線路絕緣擊穿或損傷，對保護電器自身的安全也構成威脅。了解了暫時過電壓的成因，就可防止其發生，限制其幅值。這樣，既便於電力設備和線路的設計人員進行合理的絕緣設計；也可給SPD等保護電器的設計人員提供參考。