電氣工程一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施探討

楊杰 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司通化供電公司

隨著人們生活質(zhì)量水平的不斷提升，也對(duì)電力資源有了更高的需求。而在電氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中，一次設(shè)備是直接承受電力電壓和電流的設(shè)備，并對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有重要影響，倘若電氣一次設(shè)備出現(xiàn)過電壓的問題，不僅會(huì)損害電氣設(shè)備，也會(huì)影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，設(shè)備管理人員，應(yīng)重視電氣一次設(shè)備過電壓的問題，積極探索有效的保護(hù)措施，確保電氣設(shè)備得以正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

一、過電壓的概述

（一）概念

過電壓指的是電力系統(tǒng)正常工作的電壓超出了自身可承受的范圍，一旦出現(xiàn)過電壓的情況，就會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成不同程度的損害。在多數(shù)情況下，過電壓并不會(huì)表現(xiàn)出太大程度的超出，所以對(duì)電氣設(shè)備所造成的傷損程度較小，且需要經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展后才會(huì)充分顯現(xiàn)，此時(shí)只需要正常的維護(hù)便可避免所帶來的影響，防護(hù)起來相對(duì)簡(jiǎn)單。但也不可避免的是，也存在超出電壓值非常高的情況，此時(shí)就會(huì)對(duì)設(shè)備造成毀滅性的損壞，甚至是威脅周邊人員的安全，因此必須要引起重視。

（二）分類

按照一次性過電壓的性質(zhì)和成因來劃分，可將過電壓分為外過電壓和內(nèi)過電壓這兩種類型。其中，外過電壓指的是外部因素所引起的過電壓。常見的外過電壓類型有雷擊過電壓，這一過電壓形式所帶來的危害性是極大的，如雷電直接擊中電氣一次設(shè)備，將設(shè)備的絕緣層擊穿；或者是雷電間接對(duì)電氣一次設(shè)備產(chǎn)生影響，設(shè)備周圍的地面、樹木或其他構(gòu)造物等被雷電擊中，使得電氣設(shè)備磁場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。內(nèi)過電壓指的是電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，受到內(nèi)部構(gòu)件、線路等方面的故障影響而出現(xiàn)過電壓的情況。按照內(nèi)過電壓的產(chǎn)生的形式來劃分，可分為操作過電壓和暫態(tài)過電壓這兩種形式。其中，操作過電壓指的是因操作不當(dāng)而形成過電壓；暫態(tài)過電壓指的是因變壓器出現(xiàn)故障而引起的過電壓，如變壓器不對(duì)稱短路接地等。

（三）產(chǎn)生原因

導(dǎo)致過電壓產(chǎn)生的原因有許多，主要包括這幾個(gè)方面：一是電力外輸線路。通常情況下，在電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備本身會(huì)存在電磁干擾的情況，因此也較容易出現(xiàn)過電壓的情況。如在電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)就很容易出現(xiàn)勵(lì)磁的情況，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)過電壓。同時(shí)，在電力外輸線路運(yùn)行時(shí)，還會(huì)受到如負(fù)荷效應(yīng)、不對(duì)稱接地等因素的影響，使得電力外輸線產(chǎn)生過電壓。二是出線設(shè)備。在出線設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，比較容易受到自然現(xiàn)象的影響，尤其是山區(qū)。以雷電天氣為例，若輸電線與雷電直接接觸，就會(huì)出現(xiàn)輸電線路跳閘的情況，勢(shì)必嚴(yán)重影響輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。為了避免這樣的情況發(fā)生，通常會(huì)通過架空線路的方式，遠(yuǎn)離灌木叢林，同時(shí)安裝避雷設(shè)備，減少出線設(shè)備遭受雷擊的頻率。三是主變壓器。在主變壓器運(yùn)行過程中，常常會(huì)出現(xiàn)其高壓側(cè)斷路器空載的現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱電流，進(jìn)而使得繞組上的電容電壓值顯著上升，形成過電壓，嚴(yán)重影響斷路器的運(yùn)行。

（四）危害性

對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行而言，過電壓產(chǎn)生的影響是非常嚴(yán)重的，尤其是對(duì)一次設(shè)備，甚至?xí)?yán)重影響供電系統(tǒng)的安全。其中，就內(nèi)過電壓方面，會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)各種故障問題，并降低設(shè)備的性能，使得設(shè)備處于不安全、不穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。嚴(yán)重情況下，內(nèi)過電壓會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)斷電，進(jìn)而影響電力用戶的正常生活，這帶來的損失是不可估量的。而就外過電壓方面，也會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)損壞、燒毀、爆炸等安全隱患，甚至是引起大面積的停電事故。因此，就需要電氣設(shè)備相關(guān)管理人員，全面分析電氣一次設(shè)備過電壓產(chǎn)生的原因，并在此基礎(chǔ)上采取有效的電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施，減少或是避免電氣一次設(shè)備過電壓?jiǎn)栴}的發(fā)生，確保電氣一次設(shè)備能安全可靠的運(yùn)行，進(jìn)而確保電力生產(chǎn)活動(dòng)正常有序地進(jìn)行。

二、電氣工程中一次設(shè)備過電壓保護(hù)的技術(shù)措施

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，考慮到會(huì)受到內(nèi)過電壓和外過電壓的影響，使得電氣一次設(shè)備正常運(yùn)行受到不程度的影響。為確保電氣一次設(shè)備在常態(tài)電壓中不受到損害，就需要合理有效對(duì)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。為此，在電氣工程設(shè)計(jì)過程中，需要重視過電壓動(dòng)態(tài)變化的分析，同時(shí)也要重視一次設(shè)備過電壓保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，妥善處理好各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)之間存在的矛盾，確保電氣一次設(shè)備的過電壓水平在保護(hù)裝置水平下。另外也需要合理配置線路、設(shè)備、變電器等供電系統(tǒng)各項(xiàng)性能參數(shù)，確保電力生產(chǎn)及傳輸?shù)陌踩浴＞唧w來講，應(yīng)從以下幾個(gè)方面采取保護(hù)措施。

（一）注重雷擊過電壓的防護(hù)

考慮在電氣工程中，雷擊是導(dǎo)致一次設(shè)備出現(xiàn)過電壓一大因素，因此在對(duì)一次設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視雷擊過電壓的防護(hù)。具體可采取這幾種技術(shù)保護(hù)手段：一是對(duì)出線設(shè)備進(jìn)行有效的防護(hù)。在電氣工程設(shè)計(jì)中，電力企業(yè)可通過架空出線設(shè)備的方式來有效保護(hù)一次設(shè)備，通過架空出線，可減少絕緣子閃絡(luò)被電擊的次數(shù)，也能對(duì)線路過電壓產(chǎn)生的概率進(jìn)行有效控制，進(jìn)而避免設(shè)備出現(xiàn)頻繁跳閘的情況。另外，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，電氣一次設(shè)備遭受雷電擊中的頻率，主要與接地電阻和線路、設(shè)備裝設(shè)高度這幾項(xiàng)技術(shù)參數(shù)有關(guān)，因此對(duì)于電氣一次設(shè)備的過電壓保護(hù)，除了要架空出線以外，也應(yīng)選擇合適的塔桿接地，從而降低因雷電形成過電壓帶來的破壞性。二是重視防雷保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。電力企業(yè)需要深入了解電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的環(huán)境、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與安全要求等，并在此基礎(chǔ)上科學(xué)合理設(shè)計(jì)防雷保護(hù)裝置，降低雷擊對(duì)電氣一次設(shè)備運(yùn)行帶來的不良影響，同時(shí)降低外過電壓發(fā)生的概率。另外，在設(shè)計(jì)防雷保護(hù)裝置時(shí)，設(shè)備管理人員應(yīng)注重采用多種防雷保護(hù)裝置，如防雷接地、電容器組、GIS設(shè)備等，將這些防雷保護(hù)裝置裝設(shè)在電氣一次設(shè)備外部，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣一次設(shè)備的集中保護(hù)，避免由于雷擊而引起外過電壓危害。三是重視變電系統(tǒng)中避雷器的試驗(yàn)檢測(cè)。設(shè)備管理人員需要在每年雷雨季節(jié)前后，各進(jìn)行一次避雷器的帶電交流試驗(yàn)，每三年對(duì)避雷器進(jìn)行一次停電直流試驗(yàn)。另外，也要嚴(yán)格按照規(guī)范對(duì)廠房等建筑防雷設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)，包括接地網(wǎng)的接地導(dǎo)通等。

（二）做好內(nèi)過電壓的有效防護(hù)

為確保電氣一次設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，也需要做好設(shè)備內(nèi)過電壓的有效保護(hù)。具體可從這幾個(gè)方面著手：一是避免因設(shè)備老化引起的內(nèi)過電壓。電氣一次設(shè)備老化會(huì)引發(fā)設(shè)備接地故障，而接地故障又會(huì)引起設(shè)備出現(xiàn)過電壓的情況。此時(shí)就需要設(shè)備管理人員加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，制定完善的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，經(jīng)常性且有針對(duì)性地開展設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作，盡最大可能地延緩設(shè)備的老化速率。與此同時(shí)，設(shè)備管理人員也要做好設(shè)備檢修和預(yù)防性維護(hù)試驗(yàn)，若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)有設(shè)備老化，應(yīng)及時(shí)更換。另外，應(yīng)基于單相接地的正常過電壓值基礎(chǔ)上，合理設(shè)置避雷設(shè)備電壓，將設(shè)備接地相的電壓控制在合理的范圍內(nèi)，減少因單相接地故障引起的過電壓。二是強(qiáng)化負(fù)荷突變情況的控制。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，一些突發(fā)事故也會(huì)引起系統(tǒng)電壓驟升，進(jìn)而導(dǎo)致電氣一次設(shè)備出現(xiàn)過電壓。為此，就需要設(shè)備管理人員加強(qiáng)負(fù)荷突變情況的控制，科學(xué)制定突發(fā)故障的應(yīng)對(duì)方案。具體需要在電氣設(shè)備周圍安裝勵(lì)磁系統(tǒng)，以此對(duì)電樞反應(yīng)實(shí)時(shí)控制。同時(shí)還需要科學(xué)有效地控制長(zhǎng)線路電容效應(yīng)，可采用限制空載線路的方式實(shí)現(xiàn)控制。另外，也需要設(shè)備管理人員完善好設(shè)備的配置，比如變壓器和切斷線路的開關(guān)，盡可能地選擇帶有并聯(lián)電容的開關(guān)，或者是電壓互感器，盡量選擇電容式電壓互感器等。三是預(yù)防諧振過電壓。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，也可能會(huì)出現(xiàn)諧振過電壓的情況，若諧振過電壓時(shí)間較長(zhǎng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。對(duì)此，也需要設(shè)備管理人員做好諧振過電壓的有效預(yù)防，同時(shí)對(duì)于諧振過電壓的處理，可通過增加電阻、減少電抗和安裝消諧器這三種方式來處理。

（三）做好主變壓一次設(shè)備的過電壓保護(hù)

為確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注主變壓一次設(shè)備的過電壓保護(hù)?，F(xiàn)階段，引起主變壓一次設(shè)備過電壓的因素，主要是空載變壓設(shè)備開斷和短路系統(tǒng)實(shí)際滅弧能力。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，當(dāng)變壓設(shè)備的磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軙r(shí)，此時(shí)設(shè)備電壓值將達(dá)到峰值。對(duì)此，在電氣工程設(shè)計(jì)中，電力生產(chǎn)單位可采取裝設(shè)糾結(jié)式繞組的方式，來提高繞組的電容容量，同時(shí)選擇直接接地的方式對(duì)主變高壓器進(jìn)行保護(hù)，另外主變低壓PT柜中安裝一組避雷設(shè)備，以此減少設(shè)備遭受雷擊，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變壓一次設(shè)備的有效保護(hù)。

三、結(jié)語

綜上所述，在電氣工程中，一次設(shè)備作為直接承受電力電壓和電流的設(shè)備，必須要確保其安全穩(wěn)定的運(yùn)行，才能夠確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。但受到外部和內(nèi)部因素的影響，在電氣一次設(shè)備運(yùn)行過程中，往往會(huì)出現(xiàn)過電壓的情況，過電壓會(huì)對(duì)設(shè)備造成不同程度的損傷，甚至是引起嚴(yán)重的電力事故，嚴(yán)重威脅人員的生命安全。因此，電力生產(chǎn)企業(yè)在電氣工程設(shè)計(jì)過程中，必須要充分認(rèn)識(shí)到電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)的重要性，在明確過電壓類型、產(chǎn)生原因及危害的基礎(chǔ)上，針對(duì)性對(duì)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)合理調(diào)整，形成一個(gè)全面優(yōu)化的電氣設(shè)備過電壓保護(hù)系統(tǒng)，從而為電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。