电气一次设备过电压保护方案分析

电气一次设备过电压保护方案分析

潘能锴

四川能杭电力工程有限公司 610036

摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，人们的用电需求剧增，在此背景下，我国的电厂无论是规模还是数量都在不断扩大。电气系统保证正常运转的重要因素就是电气一次设备，其直接决定着电力系统运行的稳定性。但是，在多种因素的影响下，电气一次设备在工作中常常会出现过电压现象，干扰到电力系统的有序运行，影响了人们的正常生产、生活用电。

关键词：电气一次设备；过电压；保护方案；分析

众所周知，电压是电气系统运行正常的关键支撑，当电压突然出现升高的情况是，会产生电磁波动现象，突破了电气系统能够承受的电压极限，电气设备损害，而且这类问题经常发生，十分常见，归根结底都是电压过高导致问题的发生，所以，对电气一次设备过电压问题进行深入分析，制定科学合理的保护方案是电力行业目前的重点工作内容。

1. 过电压概念和危害

过电压是指维持电气系统正常运转的电压超出了其自身能够承受的最高电压。一般情况下，过电压的幅度存在明显的差异，如果是小幅度的过电压则不会对电气一次设备产生巨大的危害，而如果是大幅度的过电压，则会对电气一次设备造成毁灭性的打击^[1]。电气一次性设备过电压主要包含两个方面，即外过电压和内过电压。二者在本质上有着一定的差异，外过电压主要是由于雷击等自然因素干扰导致，较为少见，内过电压主要是由于电气系统给内部因素导致，例如操作过电压、谐振过电压等。无论是哪种形式，都会造成电力系统无法正常运行，甚至造成电气设备出现不可逆的损坏，危及电厂的供电质量和安全，影响人们的正常生产、生活。

2. 电气一次设备过电压保护方案制定原则

1. 外部防护

电气一次设备外部防护体系的作用是尽可能的限制来自于外部的电流和电压对内部设备造成的影响，采取隔绝手段，阻断由外部电感及电容效应产生的过电压现象。通常情况下，接闪器、引下线、接地系统是外部防护体系的重要组成部分，相关设备应该严格遵循设计标准开展施工工作，例如：接闪器的安装原则是要实现全面覆盖，确保设备均处于接闪器的滚球保护半径范围内部；引下线要紧紧围绕外部防护体系进行布设，并要确保布设的均匀性；接地系统在确保连接有效的基础上要保证接地的电阻能够符合防护设计标准要求。

（二）内部防护

内部防护体系的搭建要注重三个方面的内容：一是过电压的影响在中控室、计算机室等位置相对集中，因此是内部防护体系的工作中重点；二是借助等电位体，形成较为良好且完善的电磁屏蔽效应，从而避免由于电磁和电感效应导致的过电压现象产生，并在内部搭建多层级的全面防护体系，使相关设备的过电压均处在可控的范围内；三是要对多级防护体系内相关防雷保护设备的具体效果给予高度重视，确保相关保护器设备能够顺利通过过电压运行测试。

3. 电气一次设备过电压保护方案制定策略

1. 雷击过电压保护

电气一次设备出现外部过电压的主要原因就是雷击等自然灾害，因此，在制定电厂电气一次设备过电压保护方案时，要从以下两个方面入手：

一是提高出线设备保护的重视程度。在电厂运行的过程中，采取架空的手段对出线设备进行架设，能够有效提高对出线设备过电压的保护。针对出线一次设备进行保护，应当采用 GIS、AIS 两种配电装置，其中，GIS 装置主要用于 2000m 以上的架空线路，而 AIS 装置则主要用于 35～220kV的进线段^[2]；在日常具体操作过程中，常常采取减少雷电直击线路内绝缘子闪络的频率，从而有效避免出现雷电击中线路的情况，能够发挥出对线路行程的保护作用，控制电气设备跳闸频次，解决电气设备在工作过程中出现过电压问题。通过架空手段架设出现设备的过程前，要深入开展实验分析，选取科学合理的塔杆接地方式，降低雷击过电压造成的负面影响。

二是增加防雷保护装置铺设的多样性。通常情况下，避雷装置与防雷接地、电容器组等设备有着紧密联系，并在上述设备的保护作用下，有效控制过电压的危害，增加电气一次设备过电压保护的有效性。

2. 设备内部过电压的保护

人为控制是设备内部过电压保护常用的手段，全面、多样的保护方案，能够凸显出电气一次设备过电压保护的有效性。

一是，减少由于突发事件导致的符合突变过电压发生的次数。在实施具体实践操作时，一旦出现突发事件会造成电压快速升高的现象，导致出现电气一次设备过电压问题。因此，要加强人为干预，重点关注突发事件，在确保及时发现的基础上做到及时处理，首先可以尝试着在电机一侧安装励磁系统，能够监控电枢反应状态，并进行合理控制，其次还可以采取限制空载线路的方式，实现对长线路电容的监控和科学控制，最后也可以尝试上述两种方式共同开展，协同作用，全面降低过电压现象的不良影响。

二是要降低由于电气设备老化造成的负荷突变形成的过电压问题。电厂在日常生产运行的过程中，常常会出现由于电气设备老化导致出现接地故障，引发过电压问题的发生。根据对相关数据进行综合分析发现，应该有效控制避雷设备的灭弧电压，正常情况下，为了延长避雷设备的使用期限，有效降低设备老化导致的过电压问题，相关避雷设备的接地相电压往往为正常电压的五分之四范围区间内。

3. 主变压器的过电保护

由主变压器导致的过电压问题通常情况下和断路器的灭弧能力及开端空载变压器的功率有着直接的关系。所以，在围绕主变压器制定一次设备过电压保护方案时，要充分考虑到上述两点因素，结合能量守恒定律等相关理论知识进行深入的推算。当电能在磁场的作用下实现完全转化时，相应的绕组电容电压的数值也会达到顶峰状态。这种情况下，电厂可以使用纠结式绕组增加绕组的电容容量，并同时设置接地措施实现对主变高压器的有效保护^[3]。此外，在进行主变压器保护的相关工作时，将避雷设备安装在主变低压设备之中，能够降低由于主变低压一侧遭受雷击导致的过电压现象，既能够实现安全生产的目标，又能够确保工程运行成本控制的合理性。

结束语：

综上所述，在我国国民经济持续向好，用电需求不断增高的宏观背景下，电厂为了保障居民的用电安全和质量，要对一次设备过电压问题采取有效的控制手段，降低其负面影响。首先就要对过电压形成的主要原因进行总结分析，组织开展相关调查研究工作，制定科学合理的电气一次设备过电压保护方案，促进我国电力产业高质量发展。

参考文献：

[1]徐康.电气一次设备过电压保护措施探讨[J].中文信息，2019(10):218,229.

[2]王文凯.电气一次设备过电压保护方案分析[J].通讯世界，2018(2):172-173. DOI:10.3969/j.issn.1006-4222.2018.02.111.

[3]覃岭.电气一次设备过电压保护方案探讨[J].百科论坛电子杂志，2020(14):1718-1719. DOI:10.12253/j.issn.2096-3661.2020.14.3764.