工廠供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)分析

馮川

摘 要：在工廠運(yùn)行體系中，供電系統(tǒng)占據(jù)著十分重要的地位，其主要發(fā)揮驅(qū)動(dòng)力的作用。若供電系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高負(fù)荷裝下運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備內(nèi)部的電子元件的敏感度會(huì)有所降低，會(huì)降低其安全性能，尤其是受到外部雷電的作用，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流和過(guò)電壓，會(huì)讓設(shè)備內(nèi)部的供電線路產(chǎn)生一定的電流荷載，會(huì)加大設(shè)備被損毀、被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致工廠無(wú)法高效而持續(xù)的運(yùn)作。對(duì)此，本文就工廠供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)展開(kāi)了相關(guān)的分析與研究。

關(guān)鍵詞：工廠;供電系統(tǒng);過(guò)電壓;保護(hù)

供電系統(tǒng)是鋼鐵廠運(yùn)作的重要基礎(chǔ)，各種機(jī)械設(shè)備、電子設(shè)備等都要借助電力能源開(kāi)展自身的驅(qū)動(dòng)。鑒于供電系統(tǒng)的實(shí)際作用，工廠管理部門通常會(huì)對(duì)其設(shè)定更為專業(yè)的防護(hù)性體系，避免內(nèi)外部環(huán)境的干擾而對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成一定的破壞，會(huì)影響工廠高效而順利的運(yùn)行。然而，即便是基于多重保護(hù)的基礎(chǔ)上，整個(gè)供電系統(tǒng)還是會(huì)存在諸多的安全隱患，其中，以過(guò)電壓所引發(fā)的安全隱患是最為嚴(yán)重的。受到外部相關(guān)因素的影響，致使整個(gè)系統(tǒng)中承載的電壓會(huì)瞬間增大，若過(guò)電壓、過(guò)電流等超過(guò)預(yù)期荷載時(shí)，極易引發(fā)運(yùn)行事故。因此，我們應(yīng)注重對(duì)工廠供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)體系的不斷優(yōu)化，以保證廠房?jī)?nèi)全部的電子設(shè)備都可以規(guī)范而合理的運(yùn)行。

一、工廠供電系統(tǒng)過(guò)電壓發(fā)生的機(jī)理

就工程的電力系統(tǒng)供應(yīng)而言，供電系統(tǒng)是確保工廠高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，然而，會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)的承載性能變得十分脆弱，且受到外部因素的影響，如若發(fā)生過(guò)電壓的情況，會(huì)讓瞬間電壓值到達(dá)幾十萬(wàn)伏，容易燒毀設(shè)備或?qū)е略O(shè)備發(fā)生短路的情況，極易造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。除了相關(guān)的內(nèi)部因素的影響之外，雷電是產(chǎn)生過(guò)電壓的主要原因，且感應(yīng)雷、直擊雷等都會(huì)作用于電力設(shè)備，如，設(shè)備的防護(hù)措施不夠，導(dǎo)致雷電會(huì)產(chǎn)生較大的電壓，其會(huì)瞬間將設(shè)備擊穿[1]。一般條件下，雷電是設(shè)備接觸時(shí)在固定空間中會(huì)產(chǎn)生的一種強(qiáng)大磁場(chǎng)，等到磁場(chǎng)或靜電場(chǎng)在設(shè)備內(nèi)會(huì)產(chǎn)生高電阻的電磁回路時(shí)，某個(gè)高電阻點(diǎn)就會(huì)滋生強(qiáng)大熱能，會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的損害[2]。

二、氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)和特性

（一）結(jié)構(gòu)

氧化鋅避雷器中最重要的元件為氧化鋅壓敏電阻，由于其特性的影響，會(huì)導(dǎo)致避雷器的保護(hù)性能大大降低。壓敏電阻會(huì)和某個(gè)開(kāi)關(guān)電壓相呼應(yīng)，若比開(kāi)關(guān)電壓值低時(shí)，表現(xiàn)為高阻態(tài)，即開(kāi)路;若比開(kāi)關(guān)電壓值高時(shí)，則表現(xiàn)為低阻態(tài)。在此種狀態(tài)下，沖擊電流會(huì)借助壓敏電阻來(lái)釋放到大地中。另外，壓敏電阻還具備比較強(qiáng)的恢復(fù)性能，沖擊電壓產(chǎn)生后會(huì)快速恢復(fù)至高阻態(tài)。同時(shí)，在氧化鋅避雷器中會(huì)有諸多的壓敏電阻，且壓敏電阻主要以串聯(lián)的狀態(tài)存在，其內(nèi)部部件主要包括密封膠、絕緣材料、電級(jí)與黏合劑等[3]。

（二）特性

（1）具有較強(qiáng)的通流性能。由于受到過(guò)電壓的強(qiáng)烈沖擊，會(huì)釋放出一定的大電流，待到過(guò)電壓散去后即可自行恢復(fù)至高阻態(tài)狀態(tài)下，還可予以反復(fù)使用。

（2）具有較強(qiáng)的保護(hù)性能。氧化鋅避雷器屬于當(dāng)前最為先進(jìn)的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備，其具有非線性伏安的基本特性，基于正常電壓條件下，內(nèi)部電流是微安級(jí)別。受到過(guò)電壓的相關(guān)沖擊之后，過(guò)電流會(huì)借助避雷器來(lái)降低電壓，利用殘壓來(lái)保護(hù)相關(guān)的設(shè)備，會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生很大的限制，等到釋放完能量后，可采取自我修復(fù)的方法來(lái)恢復(fù)到高阻態(tài)，以更好地保護(hù)電網(wǎng)。

（3）具有較強(qiáng)的密封性和可靠性。在使用氧化鋅避雷器時(shí)，應(yīng)使用密封膠，主要是為了提高避雷器的密封性，以保證避雷器可以高效而安全的運(yùn)行。

（4）具有一定的機(jī)械性能，且抵抗地震、雨雪與拉力的性能較為突出。

（5）抗污能力強(qiáng)。伴隨著工業(yè)化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，顆粒塵埃相對(duì)較多，污染物會(huì)聚集到避雷器表面，這樣會(huì)泄漏一定的電流，也會(huì)影響到避雷器的應(yīng)用壽命。由于避雷器的抗污性能比較強(qiáng)，可保證避雷器可以可靠而穩(wěn)定的運(yùn)行。

三、氧化鋅避雷器的多級(jí)保護(hù)

（一）仿真用波形

為了提升整個(gè)低壓電網(wǎng)抵抗過(guò)電壓的性能，注重對(duì)用電設(shè)備的合理化保護(hù)，就要選用氧化鋅避雷器，從而開(kāi)展多級(jí)保護(hù)模式。開(kāi)展該研究時(shí)，主要是選擇PSCAD軟件來(lái)開(kāi)展仿真操作，旨在獲取前后兩級(jí)避雷器的實(shí)際安裝與操作方案，可為后續(xù)避雷器的安裝提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。一般情況下，電網(wǎng)主要是使用避雷線、避雷針來(lái)進(jìn)行防護(hù)，而侵入過(guò)電壓則為非直擊雷。通常來(lái)講，非直擊雷主要包括傳導(dǎo)雷與感應(yīng)類。過(guò)電壓會(huì)通過(guò)變壓器的耦合達(dá)到低壓一側(cè)，且過(guò)電壓的實(shí)際幅值相對(duì)較大，致使雷電波的實(shí)際陡度較大，波前也比較短且高頻分量也比較高，主要是為了測(cè)試系統(tǒng)和設(shè)備出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)的敏感度如何[4]。波形類型、電涌幅值比較多，為充分了解電涌對(duì)電路設(shè)備所產(chǎn)生的影響，應(yīng)結(jié)合具體的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)定好電涌的幅值、波形等參數(shù)。通常情況下，會(huì)把仿真雷擊、靜電放電與快速切投過(guò)電壓的波形描述為雙指數(shù)波形。測(cè)試波形則是通過(guò)分析靜放電、切投過(guò)電壓與雷擊感應(yīng)等而獲取的?，F(xiàn)階段，我國(guó)主要是借鑒國(guó)外IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦的相關(guān)沖擊波，主要包括8/20μs沖擊電流波與1.2/50μs沖擊電壓波[5]。在該行業(yè)中，最常使用的仿真類軟件是PSCAD/EMTDC，此種軟件適用于非線性系統(tǒng)仿真、交直流電力系統(tǒng)和電力電子系統(tǒng)等方面。在此次研究中所涉及的仿真實(shí)驗(yàn)是把PSCAD作為電磁暫態(tài)仿真軟件，主要是選擇PSCAD仿真程度來(lái)仿真該實(shí)驗(yàn)的電涌波形，如圖1所示，常見(jiàn)的幾種電涌波形對(duì)應(yīng)的仿真模型參數(shù)詳見(jiàn)下表。

（二）混合型沖擊波前后端避雷器的有效配合

1.前后端型號(hào)不同避雷器狀態(tài)下的配合

1.2/50μs-8/20μs混合波主要是國(guó)外IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦且使用的實(shí)施低壓系統(tǒng)避雷器試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)混合波[6]。而8/20μs雷電流波和具體的線路波形很是接近，可以很好的對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行模擬，且此種波形具有幅值高、陡度大的特性，基于此，會(huì)影響到設(shè)備的具體性能。

結(jié)合圖2、圖3我們可以得出，通過(guò)軟件仿真可以更為清楚的了解電壓、電流的變化情況，進(jìn)而獲得電量值，可為設(shè)備安裝提供借鑒。

2.不同沖擊源幅值條件下避雷器的配合

選擇10.0m的電纜，采取高-低配合的方式，并對(duì)混合波沖擊源的幅值進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，還要對(duì)各種參數(shù)值不變的情況下沖擊源的幅值變化情況進(jìn)行分析，并充分分析首、末兩端避雷器的各種電量值。

3.確定電纜長(zhǎng)度范圍

經(jīng)過(guò)系列的分析和研究，避雷器之間電纜長(zhǎng)度未出現(xiàn)變化時(shí)，避雷器的信號(hào)也是不固定的，對(duì)應(yīng)的電流、電壓和能力也不相同。在應(yīng)用過(guò)程中，電纜長(zhǎng)度發(fā)生變化，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)值也會(huì)發(fā)生變化。鑒于選擇高-低搭配的方法進(jìn)行仿真，在混合波沖擊波的實(shí)際作用下電纜長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)避雷器的電壓與電流參數(shù)。首末端避雷器仍然采用高-低搭配的方式，受到混合沖擊波的具體作用，其他的條件不會(huì)發(fā)生變化，只是會(huì)改變電纜的實(shí)際長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)相關(guān)的仿真操作了解到，將電纜長(zhǎng)度控制到5.0—20.0m，前后兩級(jí)避雷器能夠進(jìn)行能量的合理化分配，既可保護(hù)相關(guān)的設(shè)備，還可保障避雷器的實(shí)際壽命。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大部分鋼鐵工程在具體運(yùn)行過(guò)程中均要具備電力能源的支撐，持續(xù)性、穩(wěn)定性的供電模式也是確保整個(gè)鋼鐵工程生產(chǎn)與加工的重要基準(zhǔn)。若想更大程度上保證鋼鐵工廠供電系統(tǒng)不會(huì)受到外部環(huán)境的有效干擾，技術(shù)員需要結(jié)合容易出現(xiàn)的問(wèn)題來(lái)制定相關(guān)的舉措，充分發(fā)揮好氧化鋅避雷器的多級(jí)保護(hù)作用，注重挖掘其優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而更好地保證整個(gè)供電系統(tǒng)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]申勇.工廠供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)優(yōu)化研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（15）：102-103.

[2]龐勇偉.工廠供電網(wǎng)絡(luò)高低壓側(cè)過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（22）：19+21.

[3]王智遠(yuǎn).工廠供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)優(yōu)化研究[D].東北石油大學(xué)，2017.

[4]劉瑩.關(guān)于發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作的分析與探討[J].科技尚品，2016（01）：219.

[5]田文利.論電力系統(tǒng)中的過(guò)電壓保護(hù)原理及防護(hù)[J].科技與企業(yè)，2015（11）：226.

[6]韓春輝.試論水電廠電氣一次設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)措施[J].科技與企業(yè)，2015（07）：179.