電氣一次設備過電壓保護措施研究

張士博

摘要：過電壓主要是指超過電力系統正常承載幅度的電壓，幅度較小的電壓對電氣設備的危害程度也比較小，在后期的維護檢修工作中可以做適當的調整，但是一旦有電壓超過正常幅度形成大幅度的電壓就容易對電氣設備產生危害，甚至損毀電力設備引起大規模的斷電現象，因此，這種情況要引起我們的格外重視。

關鍵詞：電氣;一次設備;過電壓;保護措施

引言

電力系統在正常工作的過程中，一般都需要一個穩定的電壓，但是在特殊的情況下，由于電壓的異常升高，往往會產生電磁波，有時會超過電力系統能夠承受的電壓極限，就會對電力系統的電氣設備造成破壞，為了有效保證電氣設備的安全穩定，在對電氣設備進行設計時，都需要進行過壓保護設計，以保證出現過壓的情況不會對電氣造成破壞，影響設備正確的工作。

一、過電壓概念與對電氣一次設備的影響

（一）過電壓概念

所謂過電壓指的是在電壓超過正常電壓后再次上升，電力控制系統就會通過計算機監控及保護裝置等設備，采取一定措施跳閘斷電，避免電氣設備受到損害。過電壓可以不同分為兩種（根據電壓升高的地方和方式）：內部過電壓和外部過電壓。所謂內部過電壓，即由工廠電氣設備自身所產生的內部能量;所謂外部過電壓，是由雷云放電引起的過電壓。而內部電壓又可以分為操作過電壓和諧振過電壓，其中操作過電壓是因操作原因引起的，發生概率小，時間也很短暫。雖然電氣設備在發生過電壓現象后，電力系統通過保護裝置會跳閘斷電，但是如果長期的產生過電壓，則可能影響電氣設備壽命，更會造成大面積突然停電，給日常生活用電和生產供電造成很大的影響。因此，對電氣一次設備過電壓保護工作非常有必要。

（二）過電壓對電氣一次設備的影響

電氣設備在正常的運行過程中，要求工作電壓在穩定的狀態下運行，一般情況下，電氣一次設備主要運用發電、配電與傳輸中，如果出現過電壓的情況，就會造成整個設備破壞的情況，對于不受電氣設備，由于受到自身耐壓等級的影響，在外部過電壓影響的情況下，主要受制于雷擊強度的影響，如果要求改變雷擊的影響程度，需要加強對電氣設備抗雷擊程度即可而內部電壓的處理往往是比較麻煩的，例如諧振過電壓主要來自電網不穩定的情況，它對電氣設備是十分巨大的，在后期的維護工作中也是非常困難的，而對于這種過電壓的預防，主要是在設備設計的初期進行預估分析，而工頻過電壓對電氣設備的破壞主要產生與超高壓狀態與遠距離電力傳輸的過程中出現的情況，在不同的內部過電壓情況，需要采用不同的方式進行分析與處理。

二、電氣一次設備過電壓保護設計所應遵循的原則

無論是外部過電壓還是內部過電壓都會對電氣設備造成一定程度的危害，嚴重影響電網系統的正常運行，因此，在電氣一次設備過電壓保護設計的過程中應當遵循以下原則：

首先，電氣一次設備在進行保護設計時要考慮多方面的因素，充分考慮外過電壓和內過電壓的保護問題，使電氣設備的絕緣不僅能夠承受正常電壓值還要能承受一定范圍內的過電壓，防止電氣設備的遭受損害，以保證電力系統的安全正常運轉。

其次，協調防過電壓設備與電壓水平之間的各項技術參數，使各項技術參數得到有效配合，例如防過電壓設備中的避雷器等裝置的保護水平要不高于電氣設備的過電壓水平，從而確保電壓設備的正常使用，同時延長電力設備的使用壽命。

最后，對于外送線路的下頻過電壓要給予一定的重視，由于下頻過電壓是由一定的電容效應或者是電網運行的而變化而產生的，會直接影響出線避冒器的額定電壓同時也決定了維護電力系統正常運行的電氣設備的絕緣水平以及出線斷路器的電阻熱通量，針對這種情況，要通過科學的計算與分析來降低下頻過電壓帶來的危害。此外，在設計過程中，諧振過電壓也需要爭取處理各項參數的組合，從而保證電力系統的穩定運行。

三、電氣一次設備過電壓保護措施

（一）勵磁變壓器

由于外部過電壓的產生存在一定的特殊性，在過電壓保護器上使用無間隙避雷針來解決雷擊產生的過電壓，在使用勵磁變壓器時需要結合電氣一次設備的特殊性，需要綜合分析如下的問題：第一，為了避免電氣設備出現短路的情況，需要考慮電氣設備氧化鋅的電阻特性，以采取有效的措施，例如電氣設備的非線性電阻老化容易導致設備短路的情況，而且電氣設備的最高吸收限度不能超過100NHz的連續電壓，采用勵磁變壓器需要能夠解決這類問題;第二，一般的避雷器由于絕緣程度較低，抗擊穿能力較差，而且勵磁變壓器的保護效果不是十分強，如果產生過電壓的情況，就容易損失勵磁變壓器，這樣就需能夠動態的調整勵磁變壓器的參數，做到對勵磁變壓器的過電壓保護，同時因為在進行過電壓保護時還容易出現參數隨著電氣設備的二次電壓變化而發生變化。

（二）出線設備的過電壓防護

由于環境因素的影響，電氣設備暴露在外部環境下很容易受到雷擊的影響，造成跳閘或者斷電的現象，為了應對這種情況的產生，可以采取拉長線空地架高的方式進行預防，另外為了降低雷擊對出線設備的危害可以在出線設備上安裝避雷針，有效防止內部系統電壓過大導致的設備損壞情況，為電力設備的正常運轉提供有效地保障。除此之外，還可以利用高電壓、高質量的電氣設備來防止過電壓的危害，例如在電纜連接的戶外部分采用金屬保護套，利用氧化鋅的電阻進行接地設計，在戶內終端部分直接與接地箱連接實現接地，從而能有效的保護電力設備的安全穩定運行。

（三）電壓保護

針對電壓的保護方面可以采用SSP系列變壓器當做主變壓器，SSP系列的高壓繞組和低壓繞組的有效值都在安全范圍之內，擁有良好的沖擊和絕緣水平。變壓器的結構采用的都是特殊結構，具有高磁導率，通過交叉換位而來的復雜糾結式電阻能夠保證電力設備的過電壓在額定電壓的兩倍以內。主變高壓側采用的是中性點直接接地的方式，同時設置避雷針等保護裝置可以有效的避免主變低壓側設備遭受雷擊。這種保護方式不僅經濟實惠還能保證電氣設備的安全與穩定，可謂一舉兩得。

（四）放電間隙

為了保證電氣一次設備的安全，可以采用一些簡單的保護裝置來保護電氣設備，采用放電間隙就是一種簡單的防雷裝置，它的優點構造比較簡單，而且便于維護，在電氣設備保護中使用比較方便，它的缺點是不能夠自動消滅電弧。通常情況下，放電間隙主要采用棒形、球形和角形三種結構的保護方式，棒形由于極陡的伏秒特性，穩定性能較差，難以與設備絕緣進行無縫的配合，一般不使用這種放電間隙;球形雖然保護性能和伏秒特性都處于中上等水平，在電氣保護中有時能夠使用到，但是它的端頭容易發生燒傷，使得電氣設備的間隙距離擴大，不能穩定的進行工作，導致電氣設備的動作缺乏準確型，針對二者的優缺點，目前主要采用角行放電間隙，它能夠有效避免上述二者的缺點，是目前在電氣設備過電壓保護中經常用電的一種保護裝置。

結束語

總而言之，電氣一次設備能夠維護電網的穩定運行，為人們的生產生活中的電力供應提供保障，因此，采取相應的措施對電氣設備進行電壓保護已經成為電力行業發展的必然趨勢，所以對電氣一次設備的保護只有從勵磁變壓器、出線設備的過電壓防護、電壓保護以及出口斷路器過電壓保護等方面進行綜合考慮才能保證電力系統安全運行，從而減少損耗增加經濟效益和社會效益。

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