電氣工程一次設備過電壓保護措施的分析

摘 要：本文闡述了電氣一次設備過電壓的危害，分析了電氣一次設備過電壓的原因，提出了電氣一次設備過電壓的保護措施，以保證設備的正常運行和使用壽命。

關鍵詞：電氣一次設備;過電壓;保護措施

引言

電氣一次設備（Electrical primary equipment）是可直接應用于電能的生產、使用、轉換、分配、傳輸和分流的一類電氣設備的總稱，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、母線和輸電線路等。都屬于電氣一次設備，需要直接承受動態電壓和電流，因此對電力系統的穩定電壓值有更高的要求。電力系統運行過程中，如果功率超過合理范圍，即發生過電壓，會損壞電氣一次設備的絕緣，從而損壞電氣設備或使其不能正常穩定運行。基于此，設備管理者有必要積極探索電氣一次設備的過電壓保護措施。

1電氣設備過電壓危害

根據一次電氣設備的不同升壓方式和發生區域，過電壓可分為內部過電壓和外部過電壓，其中內部過電壓是指電氣設備自身產生的內部能量和操作人員對電氣設備操作不當引起的過電壓，外部過電壓是指雷云放電引起的過電壓。無論何種過電壓都會對電氣設備的正常使用和壽命產生諸多不利影響。例如，內部過電壓不僅會引起電力系統電壓和電容參數的變化，導致大規模停電，還會導致電氣設備在運行過程中損壞、燃燒和爆炸等安全隱患。因此，它將對電氣設備的使用壽命、相關人員的人身安全以及企業的健康穩定發展產生嚴重的不利影響。因此，電氣設備管理人員有必要全面分析電氣一次設備過電壓的原因，探索電氣一次設備過電壓保護的有效措施，以最大限度地減少電氣一次設備過電壓的發生，提高電氣一次設備的運行質量，確保其運行安全，進而促進企業各種電力相關生產活動的正常運行。

2過壓原因

（1）輸電線路的應用。目前，我國大多數火力發電廠都是通過電氣一次設備與長距離高壓專用輸電線路相連接來建設輸電線路的。雖然這種連接方式可以有效提高電力系統的傳輸效率，但由于傳輸距離長、傳輸過程復雜以及系統電壓升高、頻率降低等外部環境的影響，會導致發電機和變壓器過勵磁，容易導致電氣設備過電壓。此外，輸電線路的應用在實際傳輸過程中，受到輸電線路不對稱接地、電容效應等因素的影響，也容易導致長距離高壓特種輸電線路傳輸過程中的過電壓，從而對線路上電氣一次設備的運行造成一定的不利影響。供電線路兩端的開關斷開時間總是有一定的差異，所以無論是正常運行還是故障跳閘，都有可能切斷空載線路。如果斷路器滅弧能力不夠強，使觸頭間電弧重燃，就會有更多的電壓切斷空載線路，觸頭間電弧的重新引燃是造成這種過電壓的根本原因。因此，提高斷路器的滅弧性能，尤其是切斷小電流的性能，可以降低甚至消除電弧重燃的可能性。

（2）發電機中性點連接。為了限制接地電流，防止各種過電壓，火電廠通常采用發電機中性點高阻接地的方式，通常在幾百歐姆到幾千歐姆之間。可以直接在發電機中性點與地面之間安裝大電阻，也可以在發電機中性點與地面之間安裝接地變壓器。變壓器的一次側接一個小電阻，一次側的阻抗等于二次側的電阻乘以變比的平方，這是目前大型機組的主流，以我廠的配置為例，接地變壓器的變比是27/0.22kV，變壓器二次側的電阻是0.0882ω。根據計算，發電機中性點的接地電阻為1328.2ω。中性點經高阻接地的目的是向故障點注入阻性電流，提高接地保護動作的靈敏度，從而有效防止和減少電氣一次設備運行中的過電壓問題。還可以借助高阻接地降低電網過電壓的幅值。因為中性點電阻相當于在諧振電路的電容上并聯一個阻尼電阻，在阻尼電阻的作用下基本避免了諧振過電壓的可能[2]。

（3）主變側斷路器斷開，空載。在火電廠電力系統運行過程中，經常會發生主變壓器側斷路器開斷空載的情況。當主變側斷路器斷開空載時，斷路器會切斷微弱電流，導致不太大的變壓器空載電流立即降至零。因此，變壓器勵磁電感的一側會產生高電壓，導致母線和線路絕緣薄弱部位發生事故。

（4）自然因素。風、雨、雷電、電等極端自然現象不僅會導致電力系統跳閘，而且由于雷電可以直接接觸輸電線路，還會導致電力系統出線設備外部過電壓。相關研究證實，風、雨、閃電、電等極端自然現象是導致電力系統出線設備外部過電壓的最重要因素之一。

3過電壓保護措施

設備中的過壓保護。輸電線路、發電機中心點連接等因素引起的過電壓都是設備內部過電壓。對于設備內部過電壓，一般采用人工控制方式進行保護。具體保護方法如下：（1）避免電氣設備老化引起的過電壓，一次電氣設備老化和采用單相接地是設備接地故障的重要原因，接地故障容易導致設備過電壓現象。設備管理人員要嚴格維護保養一次電氣設備，盡可能延緩設備老化速度，加強接地設備的大修和預防性維護試驗。一旦設備老化，需要及時更換。此外，單相接地時應根據正相過電壓值設置合理的防雷設備和滅弧電壓，設備的接地相電壓應控制在正相電壓的0.8倍以內，以有效減少單相接地引起的過電壓現象。（2）避免意外事故引起的過電壓。在電力系統運行過程中，受一些意外事故的影響，容易引起系統電壓的突然升高，從而容易導致電氣一次設備過電壓。因此，需要改進設備配置，如用并聯電容器切斷線路和變壓器，盡可能選擇電容式電壓互感器作為電壓互感器，中性點通過電阻接地。

設備的外部過壓保護。導致電氣一次設備外部過電壓的最重要因素是雷擊等極端自然因素的影響。因此，為了防止和減少設備外部過電壓的發生，可以采取以下保護措施：（1）加強對出線設備的保護，設備管理人員可以架空方式架設出線設備，即桿塔接地方式架設出線設備。這樣不僅可以有效降低設備出線雷擊絕緣子閃絡的次數和概率，從而有效保護設備出線，還可以有效降低電氣一次設備跳閘的概率，從而有效防止和降低設備過電壓。（2）設備外部安裝各種防雷裝置。為了減少雷擊對電氣一次設備運行的不利影響和外部過電壓的發生，設備管理人員需要在電氣一次設備外部安裝各種防雷裝置，如GIS設備、防雷接地、電容器組等。這些防雷裝置可用于電氣一次設備的集中保護，從而有效防止雷擊造成的過電壓危害。（3）對于變電站系統的避雷器，25項對策要求每年雷雨季節前后進行避雷器帶電交流試驗，避雷器DC試驗每三年進行一次。工廠等建筑物的防雷設施每年都要進行檢測，全廠接地網都要接地導通。這些規范要嚴格執行。

4結束語

電氣一次設備對電力系統的穩定電壓值要求很高。但在實際運行過程中，由于設備自身產生的內部能量、操作人員不當以及外部環境因素的影響，經常會發生過電壓。一旦發生過電壓，不僅會影響設備的運行質量和使用壽命，還會威脅到相關人員的人身安全，給企業造成巨大的經濟損失。因此，設備管理人員有必要積極探索一次電氣設備的過電壓保護措施，如避免電氣設備老化和意外事故引起的內部過電壓。通過加強對出線設備的保護，在設備外部安裝各種防雷裝置，可以做好主變壓器的過電壓保護。這些措施可以有效防止和降低電氣一次設備的過電壓發生率，從而有助于保證設備的正常穩定運行。

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.

作者簡介：

杜興，男，1987.01.09，本科學歷（電氣工程及其自動化），漢族，籍貫遼寧錦州，電氣工程師，研究方向：電氣工程技術。