試論發(fā)電廠電氣設(shè)備過電壓保護(hù)問題與對策

魯毅東　潘樂宏　梁超　康永祥

摘 要：第二次工業(yè)革命以來，電力已發(fā)展成為人類社會極其重要且不可或缺的能源，極大的推動了人類文明的進(jìn)步和發(fā)展。當(dāng)今時(shí)代，我們?nèi)匀粚﹄娏τ兄掷m(xù)增長的需求。為了滿足社會的電力需求，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電過程中的安全管理，針對其中可能出現(xiàn)的過電壓問題進(jìn)行防護(hù)。本文對電氣設(shè)備過電壓進(jìn)行介紹，重點(diǎn)闡述了過電壓保護(hù)過程中出現(xiàn)的問題和對策，旨在為同業(yè)人士工作提供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣一次設(shè)備；過電壓保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.172

0 前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力已成為人類社會不可或缺的能源。因此保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是發(fā)電廠安全生產(chǎn)工作的重中之重。但是在電力生產(chǎn)過程中，電氣設(shè)備在多種因素影響下，會產(chǎn)生電壓波動，這種波動往往會產(chǎn)生大于電氣設(shè)備的額定電壓，會損壞電力設(shè)備的絕緣甚至造成擊穿。因此發(fā)電廠要重視電氣設(shè)備的過電壓問題，對其進(jìn)行消除，保護(hù)電氣設(shè)備。

1 發(fā)電廠電氣一次設(shè)備過電壓概述

電力系統(tǒng)中，過電壓使設(shè)備電壓遠(yuǎn)超額定電壓，會對電氣設(shè)備自身造成損壞。在一般情況下，電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓不會過大，不會對設(shè)備造成損壞，但如果出現(xiàn)非正常運(yùn)行環(huán)境與工況，就可能會產(chǎn)生過電壓。如果設(shè)備出現(xiàn)長期過電壓的情況，就會影響其正常運(yùn)行，并對設(shè)備和人員帶來極大的安全威脅，因此需要引起重視。

理論上，設(shè)備的過電壓分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓兩方面。外部產(chǎn)生過電壓，主要是受自然因素影響的，如雷、電等；而內(nèi)部產(chǎn)生過電壓，主要是電氣設(shè)備內(nèi)部能量變化產(chǎn)生的，主要包括：諧振過電壓、操作過電壓、工頻過電壓等，此三種中諧振過電壓的危害最高，稍有不慎，就會對電氣設(shè)備造成毀滅性的危害[1]。操作過電壓出現(xiàn)頻率較低，是由于人員操作產(chǎn)生的，出現(xiàn)過電壓的時(shí)間較短暫，危害程度有高有低。工頻過電壓是受電容效應(yīng)影響產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象，實(shí)際危害較低。無論哪種形式的過電壓，都需要得到發(fā)電廠的重視，將設(shè)備的損壞降到最低。

2 發(fā)電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)問題

2.1 升壓站出線設(shè)備保護(hù)不當(dāng)

惡劣的自然環(huán)境是設(shè)備產(chǎn)生過電壓的主要原因之一，實(shí)際工作中，由于雷電的影響，會阻礙發(fā)電廠、電網(wǎng)路線的正常運(yùn)行，通過雷電和出線線路的直接接觸，造成較高的外部過電壓，可能迫使發(fā)電、輸電過程中斷，機(jī)組跳閘，影響生產(chǎn)。

2.2 不重視電力外輸線路保護(hù)

大部分發(fā)電廠，使用遠(yuǎn)距離高壓專用輸電線路，向外部輸電，此方法主要特點(diǎn)為輸電路程遠(yuǎn)、能量損耗小，但傳輸過程可能會產(chǎn)生不可預(yù)測的問題，因此輸電線路的過電壓保護(hù)問題已經(jīng)成為目前研究的主要對象。發(fā)電廠應(yīng)與電網(wǎng)積極溝通，加強(qiáng)輸電線路的維護(hù)管理，消除長距離輸電過程中產(chǎn)生的過電壓。

2.3 變壓器保護(hù)不當(dāng)

變壓器在開斷空載的情況下，會出現(xiàn)過電壓。此時(shí)斷流器切斷空載電流，磁場能量轉(zhuǎn)化為電能后，繞組上的電容電壓出現(xiàn)最大值，通過繞組變比，就會產(chǎn)生很高的電壓，變壓器繞組及與變壓器線路相連的設(shè)備就會承受過電壓。

2.4 發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)保護(hù)問題

發(fā)電廠將發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)和接地變壓器連接，然后接地。變壓器在此過程中，采用較高變比的變壓器，就可以減少過電壓的問題，降低發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)絕緣材料的壓力。但是有的發(fā)電廠會利用設(shè)施降低中性點(diǎn)接地變壓器的電壓值，來減少過電壓的產(chǎn)生，但是此方法會使接地變壓器處于絕緣過熱狀態(tài)，降低接地變壓器的使用壽命。

3 發(fā)電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)策略

3.1 變壓器的保護(hù)

為了降低惡劣天氣環(huán)境對電氣一次設(shè)備造成的損害，一般都使用無間隙氧化鋅避雷器，以減少雷電的侵?jǐn)_。但是在變壓器的保護(hù)上，需要對其措施進(jìn)行一定完善和優(yōu)化。因?yàn)闊o間隙氧化鋅避器內(nèi)部的重要成分是氧化鋅，在其電壓承受范圍內(nèi)表現(xiàn)出很高的電阻。但如果由于年久失修，氧化鋅絕緣劣化或受潮，避雷器在過電壓下就可能會擊穿放電，引起變壓器接地短路，造成嚴(yán)重事故。此處的保護(hù)，將變壓器和避雷器分離，保持一定距離，對變壓器進(jìn)行保護(hù)。除此之外，應(yīng)根據(jù)電氣系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)選擇合適規(guī)格的避雷器，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器存在的絕緣隱患，保護(hù)變壓器。

3.2 采用放電間隙的保護(hù)

發(fā)電廠電氣設(shè)備的過電壓保護(hù)中，利用放電間隙來進(jìn)行過電壓保護(hù)也是一種重要的保護(hù)手段。一般來說，放電間隙過電壓保護(hù)具有操作簡單、維護(hù)方便、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，可以對原因簡單的過電壓進(jìn)行防護(hù)。常見的放電間隙防護(hù)手段主要分為三種，棒形、角形和球形，此三種方法各自具備一定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)用時(shí)，需要結(jié)合自身情況選擇，將過電壓對設(shè)備的危害降到最低。

3.3 設(shè)備內(nèi)部過電壓保護(hù)

和外部過電壓產(chǎn)生原因相比，內(nèi)部過電壓是可以人為控制的，因此發(fā)電廠可以在此方面采取一定措施，減少內(nèi)部過電壓的產(chǎn)生，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一方面，要避免負(fù)荷突變，以防設(shè)備在運(yùn)行中電壓突然升高，出現(xiàn)過電壓，做好突發(fā)事件的處理方案，保護(hù)發(fā)電機(jī)側(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)，控制電樞[2]。限制空載線路，將長線路電容反應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。利用多種方法協(xié)同，將過電壓降到最低，減少對電氣設(shè)備帶來的影響。另一方面，發(fā)電廠電氣設(shè)備在工作的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)電路單相接地的故障產(chǎn)生過電壓。此時(shí)可以統(tǒng)計(jì)運(yùn)行中單相接地故障的數(shù)量和頻率，結(jié)合單相接地時(shí)的正向過電壓值，設(shè)置避雷設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，提升電氣設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)論

綜上所述，對發(fā)電廠電氣設(shè)備的過電壓保護(hù)，應(yīng)結(jié)合過電壓產(chǎn)生的原因及保護(hù)過程中出現(xiàn)的問題，采取一定的措施，例如加強(qiáng)變壓器出口避雷器維護(hù)及預(yù)試工作、設(shè)置放電間隙、減少操作過電壓及設(shè)備接地故障等，來對發(fā)電廠電氣設(shè)備進(jìn)行過電壓保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文霞.電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)方案分析與研究[J].信息系統(tǒng)工程，2017（12）：33.

[2]查建華.萬安溪水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)問題與對策探討[J].福建水力發(fā)電，2017（02）：45-46.

作者簡介：魯毅東（1985-），男，湖北荊門人，本科，助理工程師，研究方向：高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)督。