水电站电气过电压保护技术的应用

水电站电气过电压保护技术的应用

唐雨

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司  四川 成都  610072

摘要：电气过电压问题是影响水电站电气设备稳定运行的关键性问题之一，同时也是威胁水电站供电可靠的主要问题。要想提高水电站的供电质量，则需采取有效的措施控制过电压问题的发生率。因此，下文先对电气过电压问题的成因进行分析，发现其与雷击、外输线路、主变压器和发电机的中性点接地质量存在一定的联系。因此，从过电压保护技术和防护体系两个方面探究提高水电站电气过电压保护水平的有效策略。

关键词：电气过电压保护；水电站；外输线路；励磁现象

过电压指的是一种电压异常升高现象，主要表现为工频交流电压方根值骤然增大，超出额定电压值10%左右，其持续时间达一分钟以上，属于电气设备运行中十分常见的现象。水电站中的电气设备数量众多，且其运行环境较为复杂，致使电气设备的损坏几率增大，伴随发生的便是过电压问题，此类问题的产生会对水电站的安全运行带来一定威胁，严重的情况下甚至会危及作业人员的人身安全，并给水电站带来严重的经济损失。为此，需要积极应用过电压保护技术提高水电站电气运行的稳定性。

1.水电站电气过电压问题的成因

1.1受雷电影响

雷击造成的过电压问题虽然爆发频率较低，但对电气设备运行安全的影响十分突出，在雷击作用下最高可产生超过1亿伏的电压，同时发生放热反应，其热量的威力和破坏性不容小觑。雷电引发的过电压根据影响形式的不同，可被分为五大类，主要包括直接雷击、电磁感应、过电压入侵、地电位反击和馈线引入。根据其类型的不同所产生的破坏影响也有所不同，其中直接雷击会直接作用于电气设备，产生的高热量和高冲击力不仅会对直击的电气设备造成破坏影响，与其在同一区域的设备也会遭受一定的损伤。

1.2受外输线路影响

水电站中设置的外输线路属于高压线路，且由于水电站的建设位置普遍偏远，传输线路的距离较大，致使在电力传输的过程中需要面临众多问题。在水电站的电气组成中，发电机的作用不可忽视，但其运行过程中励磁现象的爆发频率较高，此类问题的产生是引发电磁干扰的关键性因素，由此形成电气设备过电压问题，外输线路的过电压现象也较为常见。

1.3受主变压器影响

当前，水电站的运行压力较大，致使主变压器的空载故障问题频繁发生，此类问题如不能得到及时处理，则其中的断流器会基于故障现状，作出阻断微弱电流传输的动作，致使磁场能量被完全转换为电能，产生的瞬时电能会促使绕组中的电压达到峰值。因过电压和绕组电压、主变励磁存在较为紧密的联系，在对过电压进行处理时，则需首先明确好三者的关系，制定可靠的处理方案。

1.4受发电机中性点接地质量影响

水电站中涉及的电气设备众多，为了保障电气设备处于最佳运行状态，除了要严格按照安全标准要求安装设备以外，还需做好设备连接处理，尤其需要做好发电机中性点的接地处理。中性点接地的主要目的是提高高电阻变压器和发电机的连接可靠性，同时电气系统运行过程中变压器的变化值较大，可起到较好的过电压控制作用。反之，如果发电机的中性点接地质量不佳，则会增大过电压问题的发生率。

2.水电站电气过电压保护关键技术和防护体系的应用

2.1电气过电压保护的关键技术

2.1.1防雷保护技术的应用

雷击是对过电压影响较为直接的因素，雷击情况下可能引发电感耦合与直接耦合等多种过电压问题，但无论问题的成因如何，均会对电气设备的运行稳定性构成威胁。为此，需要着重加强对雷击问题的防治工作，为避免雷击影响，可以根据水电站电气设备的组成特点和运行特点选择对应的防雷保护措施，以控制雷击侵入影响。较为适合水电站的防雷保护技术有两种，一种是通过在电气系统中装置电路进线保护设备来增强电气设备的过电压防护能力，属于从设备层面入手采取的过电压保护措施；另一种为在电气系统中装设阀型避雷器，是借助避雷装置降低雷击威胁以达成控制过电压现象的保护技术。

2.1.2氧化锌压敏电阻保护技术

主要是通过在水电站中装设氧化锌压敏电阻的方式达成过电压保护目标，其过电压保护原理为，使高阻抗元件的阻值发生变化，且在其反复变化的作用下产生同步放电电流，致使其对设备电位差起到较好的控制效果，通过降低电位差的方式改善过电压问题。此种过电压保护方式在一些水电站中发挥较好的技术优势，保护过电压的效果也较为突出，如在葛洲坝水电站中的应用使得过电压现象得到了有效控制，对水电站电气设备的稳定运行起到了较好的保护作用。

2.1.3放电间隙保护技术

该技术是通过在电气设备运行现场设置放电间隙保护装置进行过电压保护，目前市场中常见的放电间隙保护装置有两种，一种为环型放电间隙保护装置，一种为棒型放电间隙保护装置，其中的环型放电间隙保护装置在水电站的过电压保护中较为适用。实际应用中发现，该种过电压保护的技术优势较为突出，过电压保护效果也较为显著，在现场应用中，是将放电间隙保护装置的两个金属电极分别连接导线与绝缘子、导线与接地系统。当水电站中的电气设备出现过电压表现时，放电间隙保护设备会立即作出响应，使过电压现象被控制在一定范围内，保障电气设备的稳定运行。

2.2电气过电压防护体系的应用

2.2.1外部防护

在水电站电气系统中建设外部防护体系的主要目的是，对外部电流与电压起到较好的抑制作用，使各类电气设备在运行的过程中免受来自外部的电流和电压威胁。此外，该防护系统还具备隔绝作用，可有效阻隔外部电容效应和电感效应，避免因此类因素引发的过电压现象。外部防护体系构建中，较为常用的手段为设置接闪器、接地系统和引下线等，为进一步扩大外部防护体系的作用范围，需在实际施工的各个作业阶段严格按照标准要求进行设备安装工作，如进行接闪器安装时，要确保被保护的电气设备均处于滚球保护半径的有效作用范围之内，在设置引线时，则要确保对引线的均匀布设。对接地系统进行设计时，要做好各个细节部位的处理工作，并且需要根据电气设备的运行特点和保护要求设置好接地电阻。

2.2.2内部防护

在内部防护体系构建时，对细节处理的质量提出了较高的要求，并且根据过电压现象的发生规律，其存在集中爆发的特性，因此在进行内部防护体系建设时，要确定一个核心布设的位置，即做到对中控室、计算机室以及二次屏室的合理防护。结合水电站的结构分布特点，做好各个功能分区的连接处理，如厂房和坝区等，确保在水电站中生成一个电位体，以强化水电站电气系统的抗雷击水平，以免受到雷击影响产生电位差现象引发的过电压问题。此外，对于存在引下线的状况，需使其与结构立柱之间的距离保持在3m以上。按规范要求做好连接处理后，可在现场产生电磁屏蔽作用，使电磁对电压的影响降低，此种状况下，不仅可以控制过电压问题，即便是出现过电压现象也会降低对电气设备运行质量的影响。

3.结语

水电站的日常运行质量与电气设备的运行质量存在密切的联系，目前来看，电气过电压现象十分常见，严重威胁电气设备的整体运行质量，对水电站事业的健康发展带来了一定的威胁。鉴于此，建议相关的技术人员能够不断探究提高电气过电压保护技术的应用策略，争取研发出更多行之有效的过电压保护技术，降低过电压问题的发生率，保障电气设备运行稳定性，为水电站的安全稳定运行提供可靠的技术支持。

参考文献：

[1]薛美娟.水电站过电压相关问题及保护探讨[J].光源与照明,2021(12):126-128.

[2]王福亮.浅析电气装置过电压的产生与保护[J].科技与创新,2018(11):148-149.

[3]王文凯.电气一次设备过电压保护方案分析[J].通讯世界,2018(02):172-173.