水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)研究

陳喜坤

摘要：水電廠是我國電力事業(yè)發(fā)展中必不可少的一部分。水力發(fā)電廠的運(yùn)行管理十分復(fù)雜，在實(shí)際的運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)各種故障問題，由于受到一些人為因素和客觀因素的影響，電氣一次設(shè)備常常出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象，進(jìn)而影響水電廠發(fā)電效率，因此，加做好電氣一次設(shè)備的保護(hù)管理十分重要。本文簡(jiǎn)單對(duì)過電壓故障進(jìn)行了分析，并探討了水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：水電廠；電氣一次設(shè)備；過電壓；保護(hù)

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國用電需求量逐漸提高，為了滿足社會(huì)發(fā)展的要求，國家加大了對(duì)水電廠的投資，人民用電得到了進(jìn)一步保障，因此，水電廠是我國電力事業(yè)發(fā)展中必不可少的一部分。水電廠中電氣一次設(shè)備的性能平穩(wěn)與否直接關(guān)系到水電廠的正常運(yùn)行，過電壓造成的電網(wǎng)不穩(wěn)定，輕則燒毀電氣設(shè)備，重則造成大規(guī)模停電，會(huì)為水電廠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)復(fù)雜多樣的過電壓類型，需要采取合適的措施進(jìn)行保護(hù)。只有為電氣一次設(shè)備提供平穩(wěn)的工作電壓，才能盡可能少的損耗其壽命，從而保證電氣設(shè)備的長期運(yùn)行。

1水電廠電氣一次設(shè)備過電壓分析

1.1基本概念

過電壓是超過正常工作電壓一定幅度的電壓，這個(gè)幅度有大有小，小幅度的過電壓僅會(huì)對(duì)設(shè)備保護(hù)部分造成一定的損害，只有長期積累才會(huì)造成明顯傷害。雖然電氣設(shè)備在發(fā)生過電壓現(xiàn)象后，電力系統(tǒng)會(huì)自行斷電，但是如果長期的產(chǎn)生過電壓，則可能影響電氣設(shè)備壽命，對(duì)于那些超過幅度較大的過電壓，將會(huì)對(duì)設(shè)備的絕緣部分造成毀滅性的傷害，失去了絕緣部分的保護(hù)，設(shè)備電路直接暴露在過電壓的攻擊下，造成設(shè)備損壞，更會(huì)造成大面積突然停電，給日常生活用電和生產(chǎn)供電造成很大的影響。因此，對(duì)電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)工作非常有必要。

1.2過電壓特點(diǎn)

電氣一次設(shè)備的過電壓主要分為內(nèi)部過電壓和外部過電壓。所謂內(nèi)部過電壓，即由電氣設(shè)備自身所產(chǎn)生的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化和傳遞形成的，主要包括：第一，諧振過電壓，能夠直接傷害中低壓電網(wǎng)，使其運(yùn)行異常，由于諧振過電壓持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致維護(hù)措施很難進(jìn)行。目前針對(duì)諧振過電壓的處理，一般都是在設(shè)計(jì)電路時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)其中的問題級(jí)傷害程度進(jìn)行預(yù)估，將諧振過電壓造成的危害盡可能的削弱；第二，操作過電壓，因?yàn)椴僮髟蛐纬蛇^電壓，一般是開關(guān)操作，由于操作過電壓沒有確切的規(guī)律，因此很難進(jìn)行預(yù)防和控制，在某些特殊條件下，操作過電壓的電壓數(shù)值會(huì)成倍增長；第三，工頻過電壓，通常存在于有一定長度的電氣電路中，多是由于電容效應(yīng)或電網(wǎng)運(yùn)行變化引起的，對(duì)于電氣設(shè)備造成的傷害比較弱，是危險(xiǎn)性較小的過電壓狀態(tài)。所謂外部過電壓，是由雷云放電引起的過電壓，對(duì)于不受電氣設(shè)備自身等級(jí)影響，外部過電壓的高低程度主要受制于雷擊程度的強(qiáng)弱，要想改變其影響程度，只能加強(qiáng)電氣設(shè)備對(duì)于雷擊的承受度。

2水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)策略

2.1放電間隙過電壓保護(hù)

對(duì)于間隙的保護(hù)，通常是采用簡(jiǎn)單的防雷裝置進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)裝置一般是由2個(gè)金屬電極組合而成，一頭連接帶電導(dǎo)線并固定于絕緣子上，另一頭穿過輔助間隙連接至接地裝置，2個(gè)電極之間具有一定的間隙距離。這種保護(hù)裝置的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，維護(hù)起來沒有一點(diǎn)難度，唯一的缺點(diǎn)是很難進(jìn)行自行滅弧。保護(hù)裝置的間歇結(jié)構(gòu)有三種：棒形、球形、角形。三種形狀的結(jié)構(gòu)各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。棒形具有非常陡的伏秒特性，很難與設(shè)備的絕緣要求達(dá)成完美的配合；球形雖然伏秒特性比其他二者都要平坦的多，保護(hù)性能也不差，但是就端頭易發(fā)生燒傷這一缺點(diǎn)上，與棒形一樣的明顯，一旦發(fā)生燒傷后，電極之間的間歇距離就會(huì)擴(kuò)大，從而影響動(dòng)作準(zhǔn)確性。相對(duì)這兩種形狀的保護(hù)裝置，角形綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)有沒有二者的明顯缺點(diǎn)，近年來于過電壓防護(hù)領(lǐng)域中有了比較廣泛的應(yīng)用。

2.2設(shè)備雷擊過電壓保護(hù)

針對(duì)保護(hù)出線設(shè)備，水電廠通過架空的方式來架設(shè)出線設(shè)備（見圖1），這樣做的原理是，通過降低，雷電直接擊中線路中絕緣子閃絡(luò)的次數(shù)，從而降低雷電擊中線路的概率，從而減少電氣設(shè)備跳閘的幾率，這樣就可以盡可能避免電氣設(shè)備的過電壓，雷電擊中高建筑物的概率，與以下幾項(xiàng)參數(shù)密切相關(guān)：桿塔高度和形狀、接地電阻，因此，水電廠在架空出線時(shí)，會(huì)經(jīng)過試驗(yàn)分析，選用合適的塔桿接地，從而科學(xué)有效的減小因雷電形成過電壓的破壞程度。此外，為形成多重保護(hù)，水電廠還要鋪設(shè)其他防雷保護(hù)裝置，主要的避雷裝置包括電容器組、防雷接地、保護(hù)間隙，GIS設(shè)備等，通過這些保護(hù)措施.也可以有效降低過電壓產(chǎn)生的損失。

2.3設(shè)備內(nèi)部過電壓保護(hù)

在實(shí)際操作過程中，突發(fā)事故導(dǎo)致電氣一次設(shè)備電壓升高極易引起負(fù)荷突變過電壓，對(duì)于這種情況的防護(hù)應(yīng)該在電機(jī)側(cè)裝設(shè)勵(lì)磁系統(tǒng)以控制電樞反應(yīng)，同時(shí)，運(yùn)用限制空載線路投切及控制長線路電容效應(yīng)，以此來達(dá)到較好的控制電樞反應(yīng)的效果。水電廠電氣一次設(shè)備諧振過電壓的產(chǎn)生受到其諧振過電壓的持續(xù)時(shí)間、回路自身特點(diǎn)等因素的影響，本身不穩(wěn)定的諧振過電壓或者持續(xù)時(shí)間比較長的對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響較大，其處理方式一般為：增加電阻、減少電抗、安裝消諧器。此外，還需要注意的是中性點(diǎn)接地故障，通常，水電站會(huì)以單相接地時(shí)的避雷器設(shè)備的滅弧電壓以電網(wǎng)的正常相電壓（最大電壓的1.1倍）為參考依據(jù)，但是應(yīng)該注意的是直接接地的相電壓應(yīng)該是正常電壓的0.8倍。

2.4重要設(shè)備過電壓保護(hù)

在使用勵(lì)磁變壓器時(shí)要考慮到幾個(gè)方面可能存在的問題。首先，為了避免短路，要考慮到氧化鋅的電阻特性，非線性電阻老化容易導(dǎo)致短路現(xiàn)象的發(fā)生，而其最高吸收限度也不能超過100NHz的連續(xù)電壓；其次，一般的避雷器由于絕緣程度較低，對(duì)于勵(lì)磁變壓器的保護(hù)效果有限，在產(chǎn)生電壓時(shí)容易直接損傷勵(lì)磁變壓器，因此需要調(diào)整參數(shù)，切實(shí)對(duì)勵(lì)磁變壓器進(jìn)行保護(hù)。此外，做好發(fā)電機(jī)和用電開關(guān)的安裝，為了避免電機(jī)出口斷路器操作過電壓的產(chǎn)生，同時(shí)增強(qiáng)斷路器的滅弧功能，安裝發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)該并聯(lián)電容器。與此同時(shí)，水電廠開關(guān)還可以運(yùn)用真空斷路器，并在內(nèi)部安置氧化鋅裝置來迫使電流進(jìn)入氧化鋅內(nèi)，從而加速電流的衰減，防止開關(guān)過電壓的產(chǎn)生，有效防止雷電擊中低壓配電母線。在對(duì)輸電線路的過電壓保護(hù)過程中，需要注意電氣也可能出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，所以要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，分析電氣參數(shù)，選擇合適的避雷器，確保電氣設(shè)備的過壓水平要超過避雷器中的電氣保護(hù)水平。

結(jié)束語

總而言之，水電廠電氣一次設(shè)備出現(xiàn)過電壓故障會(huì)對(duì)整個(gè)水電廠的運(yùn)營管理產(chǎn)生影響，這就需要水電廠管理者必須高度重視這一問題，加強(qiáng)做好電氣一次設(shè)備的日常養(yǎng)護(hù)工作，并對(duì)容易發(fā)生過電壓的部位，事先作出防范性措施，盡可能將過電壓產(chǎn)生的影響降到最低，以此來保證電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行。

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