[科普中国]-暂时过电压

暂时过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的超过额定值的电压。

简介暂时过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的超过额定值的电压。常见的有：①空载长线电容效应（费兰梯效应）。在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端电压最高。②不对称短路接地。三相输电线路a相短路接地故障时 ，b、c 相上的电压会升高。③甩负荷过电压，输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的过电压。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压，常见的有：①空载线路合闸和重合闸过电压。②切除空载线路过电压。③切断空载变压器过电压。④弧光接地过电压。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。一般按起因分为：1.线性谐振过电压。2.铁磁谐振过电压。3.参量谐振过电压1。

暂时过电压分层识别系统电力系统暂时种类较多，发生机理不尽相同，从分类结构上看，各种类型过电压之间存在从属关系，而目前的电力系统信号识别方法，并没有考虑信号之间的层次关系，大都采用集中式的特征提取及分类识别，识别程序和参数修改不方便，扩展性差，因此，采用分层识别的思想建立暂时过电压分层识别系统，各层过电压分别由不同节点区分开来。

暂时过电压分层识别系统采用自上而下的逐级分层识别方式，体现了暂时过电压分类的本质规律，可以有针对性地选取每一层次的特征量，以避免集中式提取特征计算浪费和特征效果不明显；同时，各层节点处的分类器相互独立，若要增加新的过电压类型，只需在两个节点之间插入相应的特征提取方法和分类器，无需对整个识别系统修改，扩展性较好；此外，在整个暂时过电压分层识别系统中，根据特征量提取的难易，可首先识别较易识别的信号，如单相接地过电压。

采用暂时过电压分层识别系统时，综合考虑过电压的出现概率以及过电压类型识别的工程实用性，着重分析实际系统出现次数较多的单相接地、高频谐振、基波谐振和分频谐振四种暂时过电压；而弧光接地过电压虽属操作过电压，但因电弧多次熄灭和重燃，持续时间较长，故将弧光接地过电压归为暂时过电压一起研究。

多级支持向量机分类器构造SVM是针对二元问题提出的，在应用于电力系统暂时过电压识别等多类问题时，需要将其扩展到多元分类问题，因此，需要建立多分类SVM分类器，将多元问题转化为二元问题。

SVM多类分类器的方法主要有两类：一类是直接法，直接在目标函数上进行修改，将多个分类面的参数求解合并到一个最优化问题中，通过求解该最优化问题“一次性”实现多类分类。这种方法看似简单，但特征量维数较高，计算复杂，实现起来比较困难，只适合解决小型问题；另一类是间接法，主要是通过组合多个二分类器来实现多分类器的构造，该方法计算简单，较易实现，但需构建多个分类器2。

基于M-SVM的暂时过电压分层识别数据取预处理（1）特征量计算时间区间选取

电力系统中雷电过电压和操作过电压持续时间相对较短，一般在一个工频周期之内（弧光接地过电压除外）；暂时过电压持续时间相对较长，从几个工频周期到1.5~2h不等。综合考虑各种过电压类型持续时间和波形特征，以过电压发生时的五个工频周期（100ms）为计算区间，在200kHz的采样频率下，共20000个采样点。

（2）根据电压等级，将零序过电压信号归一化

考虑到过电压发生时，三相电压波形变化可能不尽相同，为避免分相判断，采用零序电压作为分析对象。在正常情况下，零序电压为零，发生过电压时，三相电压波形变化会在零序电压波形上体现。

暂时过电压时频特征提取（1）时域统计特征

不同过电压类型的时域波形各不相同，暂时过电压发生时，频率范围相对较低，时域统计特征能够直观有效的反映其波形整体特征。

（2）小波时频特征

不同过电压类型，频带范围分布各不相同，工频电压升高和谐振过电压频带范围主要在0~800Hz，弧光接地过电压因电弧多次熄灭和重燃，有效信息大都集中在1 kHz以上的高频段。对于采样频率为200 kHz的过电压信号，根据小波分解频带减半的原理，将零序电压信号分解11层，第1~11层细节信号及第11层近似信号对应的频带范围。

暂时过电压的成因电力系统中，凡是峰值高于系统最大运行电压Um的电压叫过电压。暂时过电压是指其频率为工频或某谐波频率，且在其持续时间范围内无衰减或弱衰减的过电压。暂时过电压与电力系统结构、容量、参数、运行方式、故障条件，以及各种安全自动装置的特性有关。

星型连接才有中性点，引出了中性线才可能出现零序电流，这时，由于中性线自身阻抗而造成相电压的不对称，即某些相上出现严重的TOV值。这种现象在农村尤为常见，因为农村单相供电更普遍，加上距离长、面积大、监管不及时，出现严重TOV的情况时常发生。

电力系统容量越大，暂时过电压产生的影响就越小。涉及到低压系统，由于一般容量都不是很大，因此，暂时过电压的影响是显著的。系统参数的选择失配主要是会产生谐波频率的暂时过电压，称为谐振过电压，尤其要注意的是铁磁谐振。

电力系统的运行方式涉及到系统容量和中性点运行方式（不接地、经消弧线圈接地、直接接地），不同运行方式下暂时过电压的影响也会不同。从故障条件来看，低压系统中的工频暂时过电压主要由低压接地故障、负荷不对称、中性线断线和高压接地故障4大类故障引起的。安全自动装置主要影响到TOV的限值和在系统中持续的时间。

系统中出现的暂时过电压易造成电力设备和线路绝缘击穿或损伤，对保护电器自身的安全也构成威胁。了解了暂时过电压的成因，就可防止其发生，限制其幅值。这样，既便于电力设备和线路的设计人员进行合理的绝缘设计；也可给SPD等保护电器的设计人员提供参考3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学