鋼鐵廠電氣設備運行中的過電壓及防護措施

新余鋼鐵集團建設公司 張平新

鋼鐵廠電氣設備運行中的過電壓及防護措施

新余鋼鐵集團建設公司 張平新

電力能源是工業生產正常開展的必要能源，社會建設需求的不斷擴大，使得電氣設備在工業生產中的應用越來越廣泛，從當前的鋼鐵廠發展狀況來看，電氣設備在使用過程中存在多種故障問題，對這些問題進行分析，發現因過電壓引起的故障現象所占比重較大，針對這種現象必須制定有效的防護措施。文章闡述了過電壓的基本概念以及過電壓保護，分析了鋼鐵廠電氣設備運行中的不同類型過電壓現象，并提出了相關防護措施。

鋼鐵廠；電氣設備；過電壓；防護措施

鋼鐵廠電氣設備在運行時會因為自身故障或者外界因素的影響出現過電壓現象，鋼鐵廠的電力系統的中性點與接地網一般情況下是不連接的，當系統中存現故障電壓時會引起單相放電，出現電磁擾動產生過電壓；鋼鐵廠電力系統中電網線路較長，大多數都是暴露在自然環境中的，線路所經過的區域比較空曠，在雷雨天氣很容易受雷電干擾，造成廠內電氣設備過電壓現象。當電氣設備出現過電壓現象時會影響鋼鐵廠的正常生產，造成嚴重的經濟損失，并且存在較大的安全隱患，所以必須采取有效的防護措施。

1. 過電壓概念及過電壓保護

1.1過電壓概念

過電壓是指電氣設備在運行時，其實際電壓因線路故障問題出現過高現象，超過了正常工作電壓，進而引發設備運行異常，對設備的正常工作造成了影響。過電壓現象的形成原理是電磁擾動，通常是負荷投切造成的，當電氣設備在電磁擾動作用下，其電壓均方根值連續1分鐘超過正常工作電壓的10%的時候，就稱之為過電壓現象。根據引起過電壓原因的不同，可以將其分為內過電壓和外過電壓兩種，在出現過電壓現象時必須找出根本原因所在并制定針對性的防護措施。

1.2過電壓保護

過電壓保護是指當電氣設備的電壓超過正常工作電壓時，為避免線路其他故障問題電源會自動斷開，或者采取相應措施將電氣設備電壓控制在額定范圍內，從而實現對電氣設備的保護作用。電力系統中電氣設備和元件較多，且彼此之間聯系緊密，在進行過電壓保護時要根據不同設備和元件的特性采取針對性的保護措施，提高設備和元件的運行性能。雷擊是引發過電壓現象的主要因素之一，究其根本原因是線路中的絕緣子在長期的使用過程中，其絕緣性能會逐漸減弱，無法對線路形成良好的絕緣作用，線路在雷電天氣會受到雷擊而發生斷線事故；除此之外，有些絕緣子中含有硅橡膠材料，這種材料在受到雷擊后會因為高溫發生燒熔現象，絕緣子的正常工作性能被破壞。為了保護線路免受雷擊影響，保證絕緣子性能正常發揮，需要采取過電壓保護措施，在線路和電氣設備上安裝保護裝置，降低雷擊的影響。

2. 鋼鐵廠電氣設備運行中的過電壓分類

2.1內過電壓

內過電壓是基于電力系統自身來說的，是由于運行方式發生改變引起的，主要分為暫態過電壓、操作過電壓和諧振過電壓等。

2.1.1暫態過電壓

暫態過電壓又叫做工頻過電壓，是指電氣設備的運行電壓出現暫時性的升高超額現象，隨后立即恢復正常。常見暫態過電壓主要有三種，當線路中發生弗蘭梯效應時，電網運行方式的突然改變使得線路中的電壓存在不相等情況，線路末端電壓過高，進而引起過電壓。當線路中出現不對稱短路接地故障，三相線路中沒有出現接地故障的單相或者兩相線路電壓會升高，超過正常運行電壓。電力系統在運行時突然將線路負荷甩掉，電壓沒有及時調整而出現過電壓。

2.1.2操作過電壓

操作過電壓常見于斷容器操作過程中，線路的突然短路也會造成操作過電壓，操作過電壓的出現是瞬時性的，在出現之后呈快速衰減變化形式，但是過電壓現象特征卻比較明顯。造成操作過電壓的原因常見的有四種，在切斷空載線路時，如果線路中仍然有殘余電壓可能會引發過電壓現象；空載線路在切斷的瞬間，回路中的高頻振蕩會引起過電壓；在切斷空載變壓器的時候，變壓器在磁場的作用下還存在電壓，也會出現過電壓；如果電網中的中性點沒有與接地網相連接，單相可能會出現電弧接地引起線路中電壓升高，出現過電壓現象。

2.1.3諧振過電壓

諧振過電壓是電力系統中的電感、電容等元件的運行方式或者參數不符合線路正常運行需求，與電源頻率發生諧振，在諧振的作用下會出現長時間的過電壓現象，根據諧振回路的不同，可以將諧振過電壓分為線性諧振、參數諧振以及鐵磁諧振三種類型，由電感元件和電容元件組成的線性諧振回路中，電感元件可以有鐵芯，也可以無鐵芯，電感參數呈線性變化；有電感元件和電容元件組成的參數諧振回路中，電感參數呈現周期變化形式；鐵磁諧振回路中的電感元件有鐵芯存在，電感參數呈非線性變化。

2.2外過電壓

外過電壓主要是指雷擊引起的過電壓，也叫作大氣過電壓，根據雷電影響方式的不同可以將其分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。

2.3直擊雷過電壓

直擊雷過電壓是指雷電直接作用在鋼鐵廠電力系統線路中或者電氣設備上，在導體的作用下，雷電電流會流入到線路中去，在雷電擊中的瞬間造成線路電壓過高。因直擊雷引起的過電壓的電壓值是非常高的，會對電氣設備造成嚴重影響，當電壓過高時，電氣設備運行時的溫度就會過高，很容易出現火災，對電氣設備造成無法修復的損害，除此之外還會破壞電氣設備的絕緣裝置性能，造成較大的安全隱患。

3. 感應雷過電壓

感應雷過電壓是指大地在雷電的作用下具有了一定的電壓，與線路之間存在電磁感應，大地在放電過程中自由電荷增多并向線路兩段移動，導致線路中電壓升高進而引發電氣設備過電壓現象。線路中的感應過電壓數值較大，會對電氣設備的工作性能造成嚴重影響，不利于鋼鐵廠的正常生產。

鋼鐵廠電氣設備運行中的過電壓防護措施：

3.1內部過電壓防護措施

鋼鐵廠在設計規劃電力系統運行線路的時候，要根據實際需求和相關規范將中性點連接到接地網中，并做好電阻的接地處理；針對電氣設備故障引起的過電壓現象，制定有效的防范措施，避免出現電壓過高現象，對電氣設備形成保護作用；處理好線路中三相之間的關系，避免出現接地故障時其他單相線路或者兩相線路中的電壓升高；在切除空載線路和變壓器時，要保證斷路器動作是同步完成的；在選擇斷路器時，對其滅弧能力進行比較，選擇性能更好的一種；破壞電感元件、電容元件與電源頻率之間的諧振條件，避免因諧振作用出現過電壓；除此之外還需要在線路中安裝電壓保護裝置，對電氣設備形成良好的保護作用。

3.2外部過電壓防護措施

因為造成外部過電壓的原因主要是雷擊，所以就需要對鋼鐵廠附近的雷雨天氣資料進行收集、整理，在規劃線路時盡量避開雷擊頻發區域，在線路中選擇合適的避雷裝置和過電壓保護裝置，做好線路的接地處理工作，通過對雷擊電流進行引導和泄流，減少雷擊對電氣設備正常運行的影響。在安裝避雷裝置和過電壓保護裝置的時候，需要對電氣設備的各相運行參數進行全面了解，保證電氣設備與避雷裝置以及過電壓保護裝置連接的科學性。為了防止雷電天氣時大氣中的自由電荷進入到線路中去，引起線路電壓升高，可以在線路中進電開關處安裝避雷裝置，對線路電壓起到控制作用。如果線路的中線點沒有與接地網連接，通過在線路中安裝消弧線圈，可以有效減少雷擊對電氣設備正常運行的影響。

4. 結束語

鋼鐵廠正常生產活動的開展需要依靠電氣設備的正常工作才能實現，只有對電氣設備過電壓現象進行全面、詳細的分析，找出引起過電壓現象的原因所在，并根據具體原因做好采取針對性的防護措施，才能有效避免因電氣設備自身運行或者雷擊現象而引起的過電壓，對電氣設備形成有效的保護作用，為鋼鐵廠的正常生產提供電力保證，促進鋼鐵廠的穩定、快速發展。

［1］石碩，劉璽，王凱.10KV高壓系統三相組合式過電壓保護器爆炸原因分析及整改措施［J］.中國科技博覽，2013（34）：1.

［2］佘林林.過電壓保護器爆炸事故分析及防治［J］.新疆鋼鐵，2014（3）：54-55.

［3］孫家營.鋼鐵廠10kV配電系統雷電過電壓的分析及防治措施［J］.裝備制造，2014（S2）：45-51.

［4］何飛躍.淺析電氣設備過電壓危害及防護［J］.建材與裝飾，2013（10）：127-128.