電氣工程設備過電壓保護措施分析

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摘要：闡述電氣一次設備過電壓的危害，分析電氣一次設備過電壓產生的原因，提出電氣一次設備過電壓的保護措施，從而保障設備正常運行和設備使用壽命。

關鍵詞：電氣一次設備；過電壓；保護措施

引言

電氣一次設備是一類可直接應用于生產、使用、變換、分配、輸送及疏導電能的電氣設備的統稱，如發電機、電動機、變壓器、接觸器、斷路器、電抗器、隔離開關、電力電纜、母線、輸電線路等均屬于電氣一次設備，由于電氣一次設備需直接承受動力電壓和電流，因此，其對電力系統穩定電壓值具有較高的要求，若電力系統在運行過程中，出現電力超出合理范圍現象，也即發生過電壓現象，便會損壞電氣一次設備的絕緣性，從而損壞電氣設備或導致其無法正常穩定運行，基于此，就需要設備管理人員積極探索電氣一次設備過電壓保護措施。

1電氣一次設備過電壓的危害

根據電氣一次設備電壓升高方式和發生區域的不同，過電壓可分為內部過電壓和外部過電壓兩種類型，其中，內部過電壓指的是由電氣設備自身所產生的內部能量、操作人員對電器設備操作不當引起的過電壓，外部過電壓指的是由雷云放電引起的過電壓。無論何種類型的過電壓均會對電氣設備的正常使用和壽命產生諸多的不良影響，如內部過電壓不僅會導致電力系統的電壓、電容參數發生改變，從而引發大面積的停電，同時還會導致電氣設備在運行過程中出現損壞、燒毀、爆炸等安全隱患問題，從而會對電氣設備的使用壽命及相關工作人員的人身安全、企業的健康穩定發展造成嚴重的不良影響，因此，就需要電氣設備管理人員全面分析電氣一次設備過電壓發生原因，并探尋有效的電氣一次設備過電壓保護措施，才能最大限度地降低電氣一次設備過電壓現象的發生，從而提高電氣一次設備運行質量和保障其運行的安全性，進而才能促進企業各項電力相關的生產活動正常進行[1]。

2過電壓產生的原因

（1）電力外輸線路的應用。目前，我國大部分火電廠均是采用電氣一次設備與遠距離高壓專用輸電線路相連的方式構建電力外輸線路，這種電力外輸線路連接方式雖能有效提高電力系統的輸電效率，但是，受輸電路程遠、輸電過程復雜及外部環境等因素的影響，比如系統電壓升高、頻率降低等情況，會導致發電機、變壓器產生過激磁現象，從而易導致電氣設備產生過電壓。另外，應用電力外輸線路，在實際的輸電過程中，受外輸線路不對稱接地、電容效應等因素的影響，也易導致遠距離高壓專用輸電線在輸電過程中產生過電壓，從而會對線路上的電氣一次設備運行造成一定的不良影響。一條供電線路兩端開關，其分閘時間總是存在著一定的差異，所以無論是正常操作還是故障跳閘，都有可能出現切除空載線路的情況，如果斷路器的滅弧能力不夠強，以至電弧在觸頭間重燃時，切斷空載線途經電壓就比較多，電弧在觸頭間重燃是產生這種過電壓的根本原因，因此提高斷路器的滅弧性能，特別是提高切斷小電流的性能，可以減少甚至消除電弧重燃的可能性，從而減少過電壓。（2）發電機中性點連接。為了限制接地電流和阻止各種過電壓，火電廠通常采用發電機中性點接高電阻接地的方式，這種高電阻的阻值通常在幾百歐至幾千歐之間，可以是直接在發電機中性點和大地之間安裝一個大電阻，也可以在發電機中性點和大地之間安裝一臺接地變壓器，變壓器一次側接發電機中性點，變壓器二次側接上一個小電阻，一次側呈現的阻抗等于二次側的電阻乘以變壓器變比的平方，目前大機組的主流方式都是以變壓器接小電阻。以我廠配置為例，接地變壓器的變比為27/0.22kV,變壓器二次側的電阻為0.0882Ω,根據計算得出發電機中性點接地電阻為1328.2Ω，采用中性點經高電阻接地目的就是給故障點注入阻性電流，以提高接地保護動作靈敏性，從而能有效預防和降低電氣一次設備在運行過程中出現電壓過高問題，并且，其還能借助高電阻接地降低電網過電壓的幅值，由于中性點電阻相當于給諧振回路的電容并聯了一個阻尼電阻，在阻尼電阻作用下，基本避免其發生諧振過電壓的可能[2]。（3）主變壓器側斷路器開斷空載。火電廠電力系統在運行過程中常常會出現主變壓器側斷路器開斷空載的情況，當主變壓器側斷路器發生開斷空載后，斷路器會將微弱的電流切斷，導致本來就不大的變壓器的空載電流被迫立即下降到零，于是在變壓器的激磁電感上，一側將產生很高的電壓，引起母線和線路上絕緣薄弱部分出現事故。（4）自然因素。風、雨、雷、電等極端自然現象不僅會導致電力系統出現跳閘現象，由于雷電可與輸電線路直接接觸，因此，會導致電力系統中的出線設備外部發生過電壓。如相關研究已經證實，風、雨、雷、電等極端自然現象是導致出電力系統現出線設備外部過電壓的最重要因素之一。

3過電壓的保護措施

設備內部過電壓保護。由電力外輸線路、發電機中心點連接等因素所致的過電壓均屬于設備內部過電壓，針對設備內部過電壓，一般采用人為控制方法進行保護，具體保護方法為：（1）規避電氣設備老化引起的過電壓，電氣一次設備老化、采用單相接地方式是引發設備發生接地故障的重要原因，而接地故障又易引發設備出現過電壓現象，對此，就需要設備管理人員嚴格做好電氣一次設備的維護、保養工作，盡可能延緩設備老化速率，同時還需加強接地設備檢修和預防性維護試驗，一旦發生老化設備，需及時進行更換。另外，還需根據單相接地時的正常相過電壓值，再設置合理的避雷設備和滅弧電壓，將設備的接地相電壓控制在正常電壓的0.8倍范圍內，才能有效減少單相接地引起的過電壓現象。（2）規避突發事故引起的過電壓，電力系統運行過程中，受一些突發事故的影響，也易導致系統電壓突然升高，從而易引發電氣一次設備發生過電壓，對此需要完善好設備配置，比如切斷線路和變壓器的開關需要選用帶有并聯電容的開關、電壓互感器盡量選用電容式電壓互感器、中性點經電阻接地等。設備外部過電壓保護。導致電氣一次設備產生外部過電壓現象的最主要因素為遭受雷擊等極端自然因素的影響，對此，為防范和降低設備外部過電壓的發生，可采取以下保護措施：（1）強化出線設備保護，設備管理人員可采用架空方式架設出線設備，也即采用塔桿接地方式對出線設備進行架設，這樣不僅能有效降低雷電直接擊中出線設備線路中絕緣子閃絡的次數和降低雷電擊中出線設備線路的概率，從而能有效保護出線設備線路行程，同時有效降低電氣一次設備跳閘的概率，從而能有效預防和降低設備過電壓現象的發生。（2）在設備外部裝設多種防雷保護裝置，為降低雷擊對電氣一次設備運行造成的不良影響和降低其外部過電壓現象發生率，設備管理人員還需在電氣一次設備外部裝設多種防雷保護裝置，如GIS設備、防雷接地、電容器組等，利用這些防雷保護裝置可對電氣一次設備進行集中保護，從而能有效防范其因雷擊而發生過電壓危害。（3）針對變電系統的避雷器，25項應對措施要求每年在雷雨季節前后各進行一次避雷器的帶電交流試驗，每3年對避雷器進行一次停電直流試驗。每年要對廠房等建筑防雷設施進行檢測，每年要對全廠的接地網做引上線接地導通等，這些規范都是要嚴格執行的。

4結語

電氣一次設備對電力系統穩定電壓值具有較高的要求。然而，在實際運行過程中，受設備自身所產生的內部能量、操作人員不當及外部環境因素的影響，其常常會出現過電壓現象，一旦其發生過電壓現象，不僅會影響設備運行質量和使用壽命，同時還可能威脅相關工作人員的人身安全和給其企業造成較大的經濟損失。對此，就需要設備管理人員積極探索電氣一次設備過電壓保護措施，如規避電氣設備老化、突發事故引起的設備內部過電壓。通過強化出線設備保護及在設備外部裝設多種防雷保護裝置做好設備外部過電壓保護，做好主變壓器過電壓保護，利用這些措施將能有效防范和降低電氣一次設備過電壓發生率，從而有助于保障設備正常穩定運行。

參考文獻

[1]劉錦忠.電氣一次設備過電壓保護問題探討[J].科技傳播,2014,6(21):84+108.

[2]吳德明,鄧鵬程.水電廠電氣一次設備過電壓保護措施探討[J].華中電力,2007(05):25-27.

作者：徐翔 單位：國家能源集團泰州發電有限公司