水電站電氣過電壓保護技術分析

舒春雷

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

水電站電氣過電壓保護技術分析

舒春雷

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

電氣過電壓保護技術是當前電力系統中必不可少的環節之一，對于維護設備安全性與使用壽命有著關鍵性的影響。在對水電站進行電器過電壓保護的時候，首先要深入分析水電站電氣過電壓的故障類型及其原因，并在此基礎上，根據具體的實際情況去采取有效的措施。比如，文章中探討了建立外部、內部防護體系。其中，具體可以采用氧化鋅避雷器和氧化鋅壓敏電阻來保護電氣設備，進而去提高電氣設備安全性；還可以采取放電間隙保護、防雷保護以及勵磁變壓器的過電壓保護來對水電站進行電氣過電壓保護。只有這樣才能提高電氣設備的穩定性和安全性，進而有利于我國電力行業的發展。在提高電力行業的經濟效益的同時，也能為人們提供更好的服務。

水電站電氣；過電壓；故障；保護技術

在我國電力行業發展水平不斷提高的背景下，電氣過電壓保護技術已經成為了行業工作們關注的重點內容。隨著電網技術復雜性的不斷提高，如何采取有效的電氣過電壓保護措施提升設備運行效率與安全性，保證電力設備的正常運行是研究的重點內容。就當前的電氣過電壓保護技術應用的現實情況而言，通過合理的技術選型與應用，相應電力設備能夠在有效的保障條件下高效運行，過電壓對于設備的不良影響得到了進一步的控制，電力操作人員與設備的安全的得到了有力的保障，有效促進了電力行業的持續發展與進步。

1 水電站電氣過電壓故障類型及其原因

1.1 直接耦合型過電壓

直接耦合型過電壓故障主要指的是過電壓通過接地電阻進入水電站電氣系統而形成的過電壓故障。形成此類型故障的過電壓通常與水電站設備或構筑物直接接觸，如雷擊電流等，過電壓水平的大小與外部電流水平和接地電阻大小直接相關。直接耦合性過電壓的作用下，水電站電氣設備將形成與外部電流正相關的波形和頻率電壓，從而對設備形成較為明顯的過電壓影響。

1.2 電感耦合型過電壓

電感耦合型過電壓故障形成的基本原理是外部電流作用下的電磁感應效應，水電站外部環境中的雷擊會在輸電線路中形成較大的電磁場，電磁場則與電氣設備形成電感效應，從而在設備中造成電荷聚集，最終形成較大的電勢差出現過電壓問題。電感耦合型過電壓的水平與外部電流變化率正相關，電流變化率越大電感效應形成的電壓越大，尤其對于部分電氣設備匯總電感作用極為明顯的位置，較低的外部電流變化率也會形成較大的感應電壓。

1.3 電容耦合型過電壓

電容耦合型過電壓在當前的水電站電氣設備云心過程中的發生概率較低，但在電容耦合效應較大的情況下，也會形成一定的不良影響。在過電壓作用下，設備中的電容效應部位會促使設備內部電荷聚集水平的提升，內部電位差進一步提升，同時伴隨著一定的放電現象，最終對低點位設備元器件形成沖擊作用。

1.4 關于電氣過壓產生的原因

水電站電氣設備過電壓問題的根本成因為內部和外部過電壓作用。其中，內部過電壓主要來自于設備內部線路故障、靜電放電以及開關動作浪涌電壓等。而外部電壓則主要是設備運行環境中出現的電壓作用，如雷擊、室內放電作用等。

2 水電站電氣設備過電壓保護技術應用原則

2.1 外部防護體系

水電站電氣過電壓外部防護體系的主要功能是限制外部電流、電壓對于內部設備的影響，通過隔絕作用限制外部電感、電容效應形成的過電壓作用。水電站外部防護體系主要包括接閃器、引下線及接地系統等部分構成。相應防護體系設備應按照設計標準施工，接閃器的安裝應全面覆蓋水電站及架空線路，保證設備能處于其滾球保護半徑之內；引下線應圍繞外部防護體系均勻布設，接地系統應有效連接同時保證接地電阻達到防護設計標準。

2.2 內部防護體系

（1）水電站內部防護的重點在中控室、二次屏室、計算機室等位置，相應的過電壓影響在上述位置較為集中，對于水電站電氣系統的影響較大。因此，內部防護系統應圍繞核心位置布設，引下線應與結構立柱維持3m以上的電流安全距離。水電站廠房、尾水渠、壩區等部分應通過導體進行有效連接，形成等電位體，避免雷擊過電壓形成的電位差出現的不良影響，控制地電位反擊故障。

（2）通過水電站等電位體的連接，能夠形成的良好電磁屏蔽效應，避免電磁、電感效應形成的過電壓影響，能夠在水電站內部形成多級防護體系，通過雷電過壓保護設備的應用，全面降低雷擊殘壓水平，使設備的過電壓作用處于可控范圍之內。

（3）應重視多級防護體系中各防雷保護設備的實際應用效果，防雷保護區設置的保護器設備應通過相應的過電壓運行測試 ， 選擇滿足IEC要求的雷電測試波形對設備進行檢測。

3 水電站電氣過電壓保護技術的應用

3.1 氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器的主要作用是大氣過電壓防護，其自身阻值較高，在大氣過電壓作用下，氧化鋅避雷器電阻降低，從而導通回路，將電氣設備中積聚的電荷導出，降低殘留電壓，當電氣設備內部電位差恢復后，氧化鋅避雷器阻值則會上升到初始狀態，恢復較高的阻值水平，降低水電站電氣設備的過電壓影響。

3.2 氧化鋅壓敏電阻

氧化鋅壓敏電阻的工作原理同樣為通過高阻抗元件的阻值升降形成的放電電流作用控制設備電位差。當前，氧化鋅壓敏電阻在水電領域中的應用較為普及，都在葛洲壩等水利水電工程中獲得了理想的防護效果，有效提升了電氣設備保護的實際效力，同時也維護了水電站工作人員的生命安全。

3.3 放電間隙保護

放電間隙保護在水電站防雷系統中的應用較為普遍。一般而言，放電間隙保護設備中布設兩個金屬電極，一個金屬電機通過導線與絕緣子連接，另一個則與接地系統相連。在過電壓作用下，能夠有效控制放電間隙的影響。其中，棒型放電間隙保護裝置伏秒特性曲率較高，與水電站電氣設備運行的匹配度較低。而球型放電間隙保護裝置伏秒特性較為平緩，因此過電壓保護性最好，但是容易出現過電壓作用下的端頭燒傷的情況，從而會影響過電壓保護的有效性。

3.4 防雷保護

雷擊是導致水電站電氣設備過電壓問題的重要因素之一，雷擊引起的直接耦合、電感耦合等過電壓形式對設備的安全性與穩定性影響極大。因此，在電氣設備的使用中，需要通過多種途徑進行防雷保護，減少侵入波對電氣設備的損害，在日常作業中使用的防雷保護裝置一般分為兩種：一種是加裝電路進線保護裝置，提高電氣設備的過電壓承受能力。另外一種是使用閥型避雷器，該裝置可以增加電氣設備的安全性和穩定性，減少過電壓對電力操作人員的威脅，保證水電站電力系統的安全高效運行。

3.5 勵磁變壓器的過電壓保護

勵磁變壓器是過電壓保護技術中較為常見的一種保護裝置，在實際應用中一般通過無間隙避雷器完成電氣設備保護工作。我國的電力市場中還未出現定性的勵磁變壓器產品，目前我國針對100Hz的過電壓會采用阻容器進行過電壓保護，主要原因是由于在多種過電壓保護裝置中，阻容器的老化程度較小，通過合理的儀器保護，可以保證其電阻正常運行，從而實現過電壓保護。

4 結束語

綜上所述，隨著我國經濟水平的不斷提升，工業生產與社會生活對于電能的需求不斷增加，在此背景下維持電力設備安全高效的運行就成為了電力行業研究的重點部分。電氣過電壓保護技術的應用是電力系統保護的重要功能之一，對于電力行業的發展與進步有著深遠的影響，行業工作者們應從工作實際情況出發，結合水電站運行與設備工況的現實條件，合理地選擇過電壓保護技術，以此為設備的正常運行提供有力支持，促進區域經濟建設發展水平的提升。

［1］蘇瑞林.試論水電廠電氣一次設備過電壓保護措施［J］.無線互聯科技，2015，（20）：133-134.

［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，（5）：25-27.

［3］朱笠.水電廠電氣一次設備過電壓保護措施探討［J］.科學時代，2014，（2）.

［4］秦毅.基于水電站電氣優化設計效果的研究［J］.大科技，2013，（10）：83-84.

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