電氣工程一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施的分析

李冬玉 寧夏匯才工程服務(wù)有限公司

長期以來，我國電網(wǎng)大多采用中性點不接地的運(yùn)行方式。此類運(yùn)行方式的電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時，故障相對地電壓降低，非故障相的對地電壓將升高3.5倍相電壓甚至更高，這就需要PT飽和特性要好，即飽和點要高；某電氣工程一次設(shè)備中由于過電壓引起PT燒毀、高壓熔絲熔斷等問題卻一直沒有得到解決，尤其是某電氣工程一次設(shè)備，從投運(yùn)以來PT已連續(xù)十幾年在系統(tǒng)接地后發(fā)生多次燒毀現(xiàn)象，同時高壓熔斷器也頻繁熔斷，嚴(yán)重威脅著設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

一、電氣一次設(shè)備過電壓的危害

根據(jù)電氣一次設(shè)備電壓升高方式和發(fā)生區(qū)域的不同，過電壓可分為內(nèi)部過電壓和外部過電壓兩種類型，其中，內(nèi)部過電壓指的是由電氣設(shè)備自身所產(chǎn)生的內(nèi)部能量、操作人員對電器設(shè)備操作不當(dāng)引起的過電壓，外部過電壓指的是由雷云放電引起的過電壓。無論何種類型的過電壓均會對電氣設(shè)備的正常使用和壽命產(chǎn)生諸多的不良影響，如內(nèi)部過電壓不僅會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓、電容參數(shù)發(fā)生改變，從而引發(fā)大面積的停電，同時還會導(dǎo)致電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)損壞、燒毀、爆炸等安全隱患問題，從而會對電氣設(shè)備的使用壽命及相關(guān)工作人員的人身安全、企業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展造成嚴(yán)重的不良影響，因此，就需要電氣設(shè)備管理人員全面分析電氣一次設(shè)備過電壓發(fā)生原因，并探尋有效的電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施，才能最大限度地降低電氣一次設(shè)備過電壓現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高電氣一次設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和保障其運(yùn)行的安全性，進(jìn)而才能促進(jìn)企業(yè)各項電力相關(guān)的生產(chǎn)活動正常進(jìn)行。

二、電氣工程一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施

（一）對保護(hù)器的維護(hù)應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范

過電壓保護(hù)器不僅決定著輸電線路能否正常運(yùn)行，而且對線路的運(yùn)行起著非常重要的作用。雖然保護(hù)器的種類很多，但任何一種保護(hù)器都是為了保證輸電線路的正常運(yùn)行，而安裝過電壓保護(hù)器也是為了達(dá)到這一目的。過電壓保護(hù)器能否正常運(yùn)行，發(fā)揮其對線路保護(hù)的積極作用，關(guān)系到施工人員的安裝和后期的維護(hù)保養(yǎng)。因此，維護(hù)人員在設(shè)備運(yùn)行階段必須嚴(yán)格按照規(guī)范和要求維護(hù)和保養(yǎng)過電壓保護(hù)器。檢查過程中一旦發(fā)現(xiàn)故障，必須制定積極有效的故障排除措施，確保過電壓保護(hù)器的安全運(yùn)行不受影響?？茖W(xué)合理地安裝保護(hù)器，從根本上降低了保護(hù)器后期運(yùn)行中發(fā)生故障的概率。

（二）主變壓一次設(shè)備過電壓的具體保護(hù)措施

現(xiàn)階段，主變壓一次設(shè)備的過電壓參數(shù)的主要影響因素包括兩種：一是空載變壓設(shè)備開斷；二是短路系統(tǒng)實際滅弧能力。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，變壓設(shè)備的磁場能在全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軙r，繞組電容測量得出的電壓值達(dá)到峰值。為此，電力生產(chǎn)單位可以選擇裝設(shè)糾結(jié)式繞組，來提高繞組的電容容量，同時采用直接接地的方式來保護(hù)主變高壓器，并將一組避雷設(shè)備安裝在主變低壓PT柜內(nèi)，最大限度的避免設(shè)備遭受電擊的次數(shù)，為供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供技術(shù)支持。

（三）避雷器手車改造

在避雷器手車中安裝寬頻電壓傳感器和熔斷器；在避雷器手車面板右上方安裝數(shù)據(jù)電纜轉(zhuǎn)接頭，在儀表門上加裝EPO控制器；通過工控機(jī)系統(tǒng)，利用DSP數(shù)字處理器和高速FPGA處理的PCI接口采樣卡，實時分析處理瞬態(tài)、暫態(tài)過電壓波形，并記錄、分析過電壓類型和波形。具有頻率高20MHz、響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)不失真、數(shù)據(jù)存儲容量大和人機(jī)交互界面友好同時配有USB接口和103規(guī)約接口，便于用戶現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)或后臺數(shù)據(jù)通訊并且可以短信通知用戶，主要有高壓限流熔斷器、寬頻電壓傳感器、控制器、交換機(jī)、工業(yè)控制計算機(jī)組成。

（四）設(shè)備外部過電壓保護(hù)

導(dǎo)致電氣一次設(shè)備產(chǎn)生外部過電壓現(xiàn)象的最主要因素為遭受雷擊等極端自然因素的影響，對此，為防范和降低設(shè)備外部過電壓的發(fā)生，可采取以下保護(hù)措施：（1）強(qiáng)化出線設(shè)備保護(hù)，設(shè)備管理人員可采用架空方式架設(shè)出線設(shè)備，也即采用塔桿接地方式對出線設(shè)備進(jìn)行架設(shè)，這樣不僅能有效降低雷電直接擊中出線設(shè)備線路中絕緣子閃絡(luò)的次數(shù)和降低雷電擊中出線設(shè)備線路的概率，從而能有效保護(hù)出線設(shè)備線路行程，同時有效降低電氣一次設(shè)備跳閘的概率，從而能有效預(yù)防和降低設(shè)備過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。（2）在設(shè)備外部裝設(shè)多種防雷保護(hù)裝置，為降低雷擊對電氣一次設(shè)備運(yùn)行造成的不良影響和降低其外部過電壓現(xiàn)象發(fā)生率，設(shè)備管理人員還需在電氣一次設(shè)備外部裝設(shè)多種防雷保護(hù)裝置，如GIS設(shè)備、防雷接地、電容器組等，利用這些防雷保護(hù)裝置可對電氣一次設(shè)備進(jìn)行集中保護(hù)，從而能有效防范其因雷擊而發(fā)生過電壓危害。（3）針對變電系統(tǒng)的避雷器，25項應(yīng)對措施要求每年在雷雨季節(jié)前后各進(jìn)行一次避雷器的帶電交流試驗，每3年對避雷器進(jìn)行一次停電直流試驗。每年要對廠房等建筑防雷設(shè)施進(jìn)行檢測，每年要對全廠的接地網(wǎng)做引上線接地導(dǎo)通等，這些規(guī)范都是要嚴(yán)格執(zhí)行的。

（五）電氣系統(tǒng)裝設(shè)的過電壓保護(hù)對策

發(fā)電廠供電系統(tǒng)裝設(shè)形式的不同，采用的過電壓保護(hù)技術(shù)手段也存在差異。如，電氣設(shè)備定額電壓為500 kV時，可以選擇兩端并聯(lián)的系統(tǒng)裝設(shè)形式，出線平臺可以利用GIS母線裝置，加強(qiáng)對聯(lián)合抗電氣的控制，因為變壓器和帶電感應(yīng)器存在電壓上互相 制約的關(guān)系，可以有效保證母線進(jìn)行正常的生產(chǎn)操作。與此同時，應(yīng)注意天氣情況的變化，對不通過天氣環(huán)境下電氣系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)選擇、應(yīng)用，在設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，對電氣參數(shù)進(jìn)行確定，然后選擇特定性能的避雷裝置，確保設(shè)備過電壓超出避雷裝置過電壓水平。

（六）電壓互感器及避雷器手車改造

保留原PT柜中PT手車、殼體和部分附件，在原PT手車中增加一次消諧器和智能開關(guān)；原PT柜中增加專用過電壓吸收器，取代避雷器；在儀表門上加裝配電聚優(yōu)控制器。解決系統(tǒng)過電壓類產(chǎn)品解決不徹底的過電壓，有效平緩過電壓的上升前沿并削平過電壓尖峰，并且能夠耐受一定的過電壓所產(chǎn)生的大量能量，把過電壓限制在系統(tǒng)絕緣水平范圍內(nèi)。同時，能有效的抑制接地恢復(fù)時涌流對電壓互感器及PT高壓熔斷器的損害，更進(jìn)一步保護(hù)電壓互感器。主要由電壓互感器、高壓限流熔斷器、專用過電壓吸收器、智能開關(guān)、一次消諧器組成。

（七）電氣設(shè)備內(nèi)部的過電壓防護(hù)措施

對設(shè)備內(nèi)部的過電壓進(jìn)行保護(hù)與控制，是有效降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險的重要舉措，現(xiàn)階段，內(nèi)過電壓的防護(hù)包括兩方面。（1）對負(fù)荷突變情況進(jìn)行控制。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，導(dǎo)致負(fù)荷變化的主要因素是由于突發(fā)故障引發(fā)的電壓值短時間內(nèi)大幅度升高。因此，技術(shù)人員科學(xué)制定突發(fā)故障的應(yīng)對方案。一方面，應(yīng)在電氣設(shè)備的周圍安裝勵磁系統(tǒng)，對電樞反應(yīng)進(jìn)行實時控制；另一方面，還要運(yùn)用限制空載線路來科學(xué)有效的控制長線路電容效應(yīng)，綜合應(yīng)用兩種方法，可以有效控制突發(fā)事故帶來的危害影響。（2）做好設(shè)備常規(guī)檢測與維護(hù)工作。目前，供電系統(tǒng)整體壓力的提升，部分設(shè)備在高負(fù)荷、長時間的使用過程中，容易出現(xiàn)老化、損壞情況，導(dǎo)致接地故障，從而出現(xiàn)過電壓情況。因此，發(fā)電廠會根據(jù)實際情況，通過數(shù)據(jù)計算，并參考單相接地時的正常相過電壓值，設(shè)定合適的避雷設(shè)備滅弧電壓。

（八）升級更換保護(hù)器

諧波是造成10kV輸電線路保護(hù)器故障的主要因素。因此，在施工過程中保護(hù)器的選擇就顯得尤為重要。與傳統(tǒng)過電壓保護(hù)器相比，新型過電壓保護(hù)器在傳統(tǒng)過電壓保護(hù)器的基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步的改進(jìn)，既充分發(fā)揮了傳統(tǒng)過電壓保護(hù)器的特點，又在傳統(tǒng)過電壓保護(hù)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的創(chuàng)新和改革，實現(xiàn)了有效降低各種不確定因素對線路正常運(yùn)行的影響。此外，新型過電壓保護(hù)器具有自動分離功能，有效地保護(hù)了輸電線路的正常運(yùn)行。因此，在10kV輸電線路中應(yīng)用新型過電壓保護(hù)器，降低線路運(yùn)行過程中發(fā)生故障的概率是非常重要的。

三、結(jié)語

總而言之電氣工程一次設(shè)備過電壓保護(hù)的改進(jìn)控制策略具有有效性和可行性，對提高電氣工程一次設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性有著一定的實際意義。