电气一次设备过电压保护问题分析

电气一次设备过电压保护问题分析

汤勇

四川大电安装工程有限责任公司 四川 乐山 614300

摘要：电气一次设备对电力系统的稳定性有着直接影响，在电气设备的使用过程中，极易受到多种因素的影响出现过电压，导致电气设备发生故障，严重影响电力系统的正常运行。基于此，本文阐述了电气一次设备过电压的危害，并对电气一次设备过电压保护措施展开探究。

关键字：电气一次设备；过电压；保护方案

前言

电气一次设备过电压指的是一次设备的电压值过高，出现异常升高现象。在高压电网运行期间，由于设备老化、操作失误、养护不到位等多种因素的影响，导致电气一次设备出现过电压故障，为了避免对电力系统造成较大的影响，从电气一次设备设计着手，保证其绝缘零部件能够在承受正常电压的同时承受过电压，进而确保电力系统的稳定性。

1 电气一次设备过电压的危害

电气一次设备过电压分为两种，即内过电压、外过电压。外过电压主要是雷击造成的，也叫做雷击电压，根据雷击形式的不同，外过电压又分为直击雷过电压、感应雷过电压，前者是雷电直接击中电气一次设备造成的，后者是因雷电的影响，导致一次设备内部的电压受到感应，进而出现异常升高而造成的。直击雷过电压是所有外过电压中危害最大的，能够直接击穿一次设备内部的全部绝缘层，导致设备瘫痪；感应雷过电压的危害相对较小，对电力系统仅产生短暂影响。内过电压是由系统自身故障引起的，分为暂态过电压、操作过电压两种，前者是因为断路器发生故障而造成的；后者是由于操作不当造成的。内过电压通常会损坏一次设备，无法发挥其原本功能，只有更换新的才能够保证电力系统的稳定运行。不管是哪种类型的过电压问题，都会造成不同程度的损害，加大电力网络建设的投入，降低企业的经济效益。

2 电气一次设备过电压保护措施

2.1 使用过电压保护器

在电子设备雷电防护中，过电压保护器起着非常重要的作用。过电压保护器是工频过电压，在开关开断的时候，电弧未过零就会被开断，此时可能有过电压，这些都是工频过电压。过电压保护器作为一种先进保护设备，在发电机、变压器等电气一次设备的绝缘保护中应用较为常见，以防止过电压损坏。过电压保护器属于新型过电压保护装置，主要用于限制雷电过电压以及操作过电压，过电压的工作原理是，利用放电间隙，对氧化锌阀的电压进行分压，降低运行冲击，对残压起到保护作用，从而对运行过电压起到保护作用。以ZB-TBP型过电压保护器为例，其主要特点为，抑制雷电以及操作过电压的危害，具有较强的功能；没有谐波干扰，应用十分广泛；自我控制可以有效把控损害的范围；选材比较好，为VO级阻燃材料。

2.2 采用避雷器

在电气一次设备过电压保护中，采用避雷器能够避免遭受高瞬态过电压危害，并限制续流的时间。在正常电压下，具有高电阻性特点，只有微安极电流通过；在过电压情况下，具有低电阻性特点，过电压会释放到地上。避雷器一般连接大地和线缆，并联被保护装置，避雷器主要有管型、阀型、氧化锌等几种类型。阀型、氧化锌避雷器通常用于变电所等保护，以降低过电压造成的危害。氧化锌避雷器自带电阻值比较高，在大气过电压时，在电压作用下，其电阻降低，电流通过，并放出一次设备中的残留电压；电压值恢复正常之后，避雷器电阻值也会恢复正常，为绝缘性质，保护设备不受过电压的危害[1]。

2.3 避雷针与避雷线

避雷针、避雷线的装置通常高于被保护物，发生雷电时，会将其吸引至自己身上，并利用接地装置安全导入大地中。在电力系统中，通常采取折线法，架空线路保护角的大小一般处于15°至30°之间，并随雷击次数的增加、设备重要程度的升高而逐渐减小。超高压线路避雷线通常好杆塔互相绝缘，通过设置放电间隙，将雷电引至大地，不仅能够作为过电压保护，还能够降低电能感应损耗。雷击电压比较高，应保证接地点和设备之间距离安全，避免出现反击情况。

2.4 放电间隙保护

在电气一次设备过电压保护中，放电间隙保护十分重要，通常情况下采取防雷措施即可，由于其建构简单、成本较低，能够有效防护一般过电压现象，但对于特殊情况则需采取稍微复杂一些的防雷措施，虽然在应用方面比较繁琐，但能够有效防护过电压现象。当前，常用的放电间隙防护措施主要有球形、棒形、角形三种，这三种措施各有优缺点，角形是应用比较广泛的一种，在实际应用过程中，应结合实际情况合理选择。

2.5 增强断路器性能

在电气一次设备过电压保护中，提升断路器的性能是一种有效的措施，断路器的灭弧性能越好，在切断容性负载时便可以避免电弧重燃，有效消除过电压。在切除感性负载时，过电压主要是因为截断电流造成的，因此，应使用带并联电阻的开关。当带并联电阻开关分闸时，主触头会先分开，在1至2个工频周波之后，辅助触头分开，在这期间，负载会释放电能量；在合闸时，辅助触头会先合上，在1至2个工频周波之后，主触头才合上，在这期间，电源向负载充电，有效防止过电压的产生[2]。当使用裁容性较大的设备时，应使用有同步开关技术的开关，控制单元收到指令之后，将一相电流最近的过零点当作时间起点，三相主触头分别在三相电压过零点按照相应的顺序合闸，在三相电流过零点周边按照相应的顺序分闸，有效消除浪涌电流以及感应电压。

2.6 励磁变压器保护

为了防止雷电对电气一次设备产生危害，部分人员会使用无间隙避雷针，但在励磁变压器中，则需要适当调整应用措施。首先，在应用无间隙避雷针时，会产生许多氧化锌，该物质的电阻特性会使励磁变压器发生非线性电阻老化的情况，进而可能造成变压器短路，因此，在实际应用中，应保证无间隙避雷针和励磁变压器之间保持一定的距离，使用隔离装置隔开，以更好地保护励磁变压器。此外，对于不同类型的避雷针，其绝缘性较低，对励磁变压器的保护效果较差，一旦发生雷击现象，出现较大电压时，极易对励磁变压器产生影响，只有合理调整其自身参数，才能够起到较好的防护作用。

2.7 出线过电压保护

在出线一次设备过电压保护中，应使用AIS、GIS配电装置进行保护，通常情况下，GIS装置适用于超出2km的架空线路，在安装过程中，应在出线连接位置安装避雷器，需要注意的是，避免安装在母线上面。AIS装置一般适用于35kV至220kV进线段中，在安装过程中需要避雷器互相配合，除特殊情况以外，应避免在母线上安装[3]。此外，在AIS装置安装中，应防止电缆金属面和接地端接触，避免发生安全事故。

结语：电气一次设备过电压的危害较为严重，极易造成设备损坏，降低电网的稳定性，严重影响企业的经济效益，加强电气一次设备过电压保护至关重要。电气一次设备过电压保护的水平关系着电力系统的稳定运行，通过使用过电压保护器、避雷器、避雷针与避雷线，加强放电间隙保护，提升断路器的性能，注重出线过电压保护以及励磁变压器保护，有效解决一次设备过电压的问题，确保电力系统的稳定运行。

参考文献：

[1]徐翔.电气工程一次设备过电压保护措施的分析[J].集成电路应用,2021(06):164-165.

[2]王秋扬.水电站电气过电压保护技术分析[J].科技风,2020(09):191-192.

[3]宋旭.电气一次设备过电压保护的研究[J].新型工业化,2021(06):179-180+191.