电气工程设备过电压保护措施分析

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摘要：阐述电气一次设备过电压的危害，分析电气一次设备过电压产生的原因，提出电气一次设备过电压的保护措施，从而保障设备正常运行和设备使用寿命。

关键词：电气一次设备；过电压；保护措施

引言

电气一次设备是一类可直接应用于生产、使用、变换、分配、输送及疏导电能的电气设备的统称，如发电机、电动机、变压器、接触器、断路器、电抗器、隔离开关、电力电缆、母线、输电线路等均属于电气一次设备，由于电气一次设备需直接承受动力电压和电流，因此，其对电力系统稳定电压值具有较高的要求，若电力系统在运行过程中，出现电力超出合理范围现象，也即发生过电压现象，便会损坏电气一次设备的绝缘性，从而损坏电气设备或导致其无法正常稳定运行，基于此，就需要设备管理人员积极探索电气一次设备过电压保护措施。

1电气一次设备过电压的危害

根据电气一次设备电压升高方式和发生区域的不同，过电压可分为内部过电压和外部过电压两种类型，其中，内部过电压指的是由电气设备自身所产生的内部能量、操作人员对电器设备操作不当引起的过电压，外部过电压指的是由雷云放电引起的过电压。无论何种类型的过电压均会对电气设备的正常使用和寿命产生诸多的不良影响，如内部过电压不仅会导致电力系统的电压、电容参数发生改变，从而引发大面积的停电，同时还会导致电气设备在运行过程中出现损坏、烧毁、爆炸等安全隐患问题，从而会对电气设备的使用寿命及相关工作人员的人身安全、企业的健康稳定发展造成严重的不良影响，因此，就需要电气设备管理人员全面分析电气一次设备过电压发生原因，并探寻有效的电气一次设备过电压保护措施，才能最大限度地降低电气一次设备过电压现象的发生，从而提高电气一次设备运行质量和保障其运行的安全性，进而才能促进企业各项电力相关的生产活动正常进行[1]。

2过电压产生的原因

（1）电力外输线路的应用。目前，我国大部分火电厂均是采用电气一次设备与远距离高压专用输电线路相连的方式构建电力外输线路，这种电力外输线路连接方式虽能有效提高电力系统的输电效率，但是，受输电路程远、输电过程复杂及外部环境等因素的影响，比如系统电压升高、频率降低等情况，会导致发电机、变压器产生过激磁现象，从而易导致电气设备产生过电压。另外，应用电力外输线路，在实际的输电过程中，受外输线路不对称接地、电容效应等因素的影响，也易导致远距离高压专用输电线在输电过程中产生过电压，从而会对线路上的电气一次设备运行造成一定的不良影响。一条供电线路两端开关，其分闸时间总是存在着一定的差异，所以无论是正常操作还是故障跳闸，都有可能出现切除空载线路的情况，如果断路器的灭弧能力不够强，以至电弧在触头间重燃时，切断空载线途经电压就比较多，电弧在触头间重燃是产生这种过电压的根本原因，因此提高断路器的灭弧性能，特别是提高切断小电流的性能，可以减少甚至消除电弧重燃的可能性，从而减少过电压。（2）发电机中性点连接。为了限制接地电流和阻止各种过电压，火电厂通常采用发电机中性点接高电阻接地的方式，这种高电阻的阻值通常在几百欧至几千欧之间，可以是直接在发电机中性点和大地之间安装一个大电阻，也可以在发电机中性点和大地之间安装一台接地变压器，变压器一次侧接发电机中性点，变压器二次侧接上一个小电阻，一次侧呈现的阻抗等于二次侧的电阻乘以变压器变比的平方，目前大机组的主流方式都是以变压器接小电阻。以我厂配置为例，接地变压器的变比为27/0.22kV,变压器二次侧的电阻为0.0882Ω,根据计算得出发电机中性点接地电阻为1328.2Ω，采用中性点经高电阻接地目的就是给故障点注入阻性电流，以提高接地保护动作灵敏性，从而能有效预防和降低电气一次设备在运行过程中出现电压过高问题，并且，其还能借助高电阻接地降低电网过电压的幅值，由于中性点电阻相当于给谐振回路的电容并联了一个阻尼电阻，在阻尼电阻作用下，基本避免其发生谐振过电压的可能[2]。（3）主变压器侧断路器开断空载。火电厂电力系统在运行过程中常常会出现主变压器侧断路器开断空载的情况，当主变压器侧断路器发生开断空载后，断路器会将微弱的电流切断，导致本来就不大的变压器的空载电流被迫立即下降到零，于是在变压器的激磁电感上，一侧将产生很高的电压，引起母线和线路上绝缘薄弱部分出现事故。（4）自然因素。风、雨、雷、电等极端自然现象不仅会导致电力系统出现跳闸现象，由于雷电可与输电线路直接接触，因此，会导致电力系统中的出线设备外部发生过电压。如相关研究已经证实，风、雨、雷、电等极端自然现象是导致出电力系统现出线设备外部过电压的最重要因素之一。

3过电压的保护措施

设备内部过电压保护。由电力外输线路、发电机中心点连接等因素所致的过电压均属于设备内部过电压，针对设备内部过电压，一般采用人为控制方法进行保护，具体保护方法为：（1）规避电气设备老化引起的过电压，电气一次设备老化、采用单相接地方式是引发设备发生接地故障的重要原因，而接地故障又易引发设备出现过电压现象，对此，就需要设备管理人员严格做好电气一次设备的维护、保养工作，尽可能延缓设备老化速率，同时还需加强接地设备检修和预防性维护试验，一旦发生老化设备，需及时进行更换。另外，还需根据单相接地时的正常相过电压值，再设置合理的避雷设备和灭弧电压，将设备的接地相电压控制在正常电压的0.8倍范围内，才能有效减少单相接地引起的过电压现象。（2）规避突发事故引起的过电压，电力系统运行过程中，受一些突发事故的影响，也易导致系统电压突然升高，从而易引发电气一次设备发生过电压，对此需要完善好设备配置，比如切断线路和变压器的开关需要选用带有并联电容的开关、电压互感器尽量选用电容式电压互感器、中性点经电阻接地等。设备外部过电压保护。导致电气一次设备产生外部过电压现象的最主要因素为遭受雷击等极端自然因素的影响，对此，为防范和降低设备外部过电压的发生，可采取以下保护措施：（1）强化出线设备保护，设备管理人员可采用架空方式架设出线设备，也即采用塔杆接地方式对出线设备进行架设，这样不仅能有效降低雷电直接击中出线设备线路中绝缘子闪络的次数和降低雷电击中出线设备线路的概率，从而能有效保护出线设备线路行程，同时有效降低电气一次设备跳闸的概率，从而能有效预防和降低设备过电压现象的发生。（2）在设备外部装设多种防雷保护装置，为降低雷击对电气一次设备运行造成的不良影响和降低其外部过电压现象发生率，设备管理人员还需在电气一次设备外部装设多种防雷保护装置，如GIS设备、防雷接地、电容器组等，利用这些防雷保护装置可对电气一次设备进行集中保护，从而能有效防范其因雷击而发生过电压危害。（3）针对变电系统的避雷器，25项应对措施要求每年在雷雨季节前后各进行一次避雷器的带电交流试验，每3年对避雷器进行一次停电直流试验。每年要对厂房等建筑防雷设施进行检测，每年要对全厂的接地网做引上线接地导通等，这些规范都是要严格执行的。

4结语

电气一次设备对电力系统稳定电压值具有较高的要求。然而，在实际运行过程中，受设备自身所产生的内部能量、操作人员不当及外部环境因素的影响，其常常会出现过电压现象，一旦其发生过电压现象，不仅会影响设备运行质量和使用寿命，同时还可能威胁相关工作人员的人身安全和给其企业造成较大的经济损失。对此，就需要设备管理人员积极探索电气一次设备过电压保护措施，如规避电气设备老化、突发事故引起的设备内部过电压。通过强化出线设备保护及在设备外部装设多种防雷保护装置做好设备外部过电压保护，做好主变压器过电压保护，利用这些措施将能有效防范和降低电气一次设备过电压发生率，从而有助于保障设备正常稳定运行。

参考文献

[1]刘锦忠.电气一次设备过电压保护问题探讨[J].科技传播,2014,6(21):84+108.

[2]吴德明,邓鹏程.水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨[J].华中电力,2007(05):25-27.

作者：徐翔 单位：国家能源集团泰州发电有限公司