一起過(guò)電壓引起的故障原因分析與防范

李柳濤

（柳州鋼鐵股份有限公司機(jī)動(dòng)工程部，廣西柳州 545002）

引言

鋼鐵企業(yè)由于設(shè)備數(shù)量多、設(shè)備復(fù)雜，供電網(wǎng)絡(luò)也較為復(fù)雜。在鋼鐵企業(yè)中，過(guò)電壓是供電系統(tǒng)最大的危害之一，過(guò)電壓不但對(duì)供電設(shè)備的絕緣造成破壞，還造成供電設(shè)備的損壞，甚至直接損壞用電設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)線停產(chǎn)。為有效抑制系統(tǒng)過(guò)電壓，多在配電系統(tǒng)中采用過(guò)電壓保護(hù)器或避雷器。

1 故障概述

2020年4月，南方逐步進(jìn)入雷雨季節(jié)。某日中午，一聲響雷過(guò)后，某鋼廠6 kV一母線段發(fā)出母線接地零序過(guò)電壓報(bào)警，該母線上6個(gè)開(kāi)關(guān)柜保護(hù)裝置發(fā)出保護(hù)整組啟動(dòng)信號(hào)，隨即這6個(gè)開(kāi)關(guān)柜過(guò)流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘。工作人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)部分開(kāi)關(guān)柜內(nèi)避雷器、過(guò)電壓保護(hù)器損壞。

2 原因分析

2.1 故障現(xiàn)象分析

該配電室的供電線路有電纜和架空線，因?yàn)樵诖蚶缀蟀l(fā)生故障，因此懷疑是雷擊架空線導(dǎo)致，隨即安排工作人員對(duì)架空線路進(jìn)行巡查。巡查后發(fā)現(xiàn)架空線路一桿上絕緣子損壞炸壞，導(dǎo)線斷開(kāi)并搭接在桿上金屬橫擔(dān)上。后對(duì)該線路搖測(cè)絕緣，C相對(duì)地絕緣為零，確認(rèn)該回路接地，將該回路與母線斷開(kāi)后搖測(cè)母線絕緣，母線絕緣正常。進(jìn)一步檢查損壞的避雷器，均為C相，與架空線接地相相同，于是確定故障原因?yàn)樵摷芸站€路遭受雷擊所致。為確?；謴?fù)后的安全，工作人員將該母線段上的所有避雷器拆解下來(lái)做泄漏試驗(yàn)，除6個(gè)開(kāi)關(guān)柜C相避雷器已損壞外，另兩相避雷器泄漏值也超標(biāo)，該母線段上其它開(kāi)關(guān)柜的避雷器泄漏值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.2 避雷器選型分析

（1）在對(duì)避雷器進(jìn)行試驗(yàn)檢查過(guò)程中，工作人員發(fā)現(xiàn)原使用的避雷器型號(hào)有兩種，一種為HY5WZ-7.6/27無(wú)間隙氧化鋅避雷器，另一種為HY5WS-7.6/27無(wú)間隙氧化鋅避雷器。HY5WZ系列為電站型避雷器，一般用于保護(hù)發(fā)電廠、變電所中交流電器設(shè)備免受大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的損壞；HY5WS系列為配電型避雷器，一般用于保護(hù)相應(yīng)電壓等級(jí)的開(kāi)關(guān)柜、變壓器、箱式變、電纜頭等有關(guān)配電設(shè)備免受大氣和操作過(guò)電壓損壞。該配電室主要是給下級(jí)配電室供電，負(fù)荷主要為電纜線路，同時(shí)帶部分架空線路。使用的這2種型號(hào)避雷器未根據(jù)保護(hù)類型選擇，降低了保護(hù)效果。

（2）避雷器選型的2個(gè)重要參數(shù)是其持續(xù)運(yùn)行電壓Uc的額定電壓Ue。避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓要求高于或等于作用在避雷器的最高實(shí)際運(yùn)行電壓，對(duì)于相對(duì)地避雷器，持續(xù)運(yùn)行電壓通常要高于。其中Um為系統(tǒng)最高線電壓的工頻電壓有效值，因系統(tǒng)可能存在諧波，因此，系統(tǒng)電壓高于額定電壓，在選型時(shí)要進(jìn)行考慮?？紤]到以上特性，由于6 kV系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，因此一般選型原則是要求運(yùn)行電壓等于或高于最高運(yùn)行線電壓，從該項(xiàng)指標(biāo)上來(lái)看持續(xù)運(yùn)行電壓是合適的。而避雷器額定電壓的選擇一般是考慮避雷器安裝點(diǎn)的系統(tǒng)暫時(shí)過(guò)電壓，并同時(shí)考慮它們的幅值以及相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間。從這一點(diǎn)來(lái)看，參數(shù)選擇也是正確的。

2.3 確定原因

從以上2點(diǎn)分析，此次避雷器損壞的原因主要是：

（1）由于雷電擊壞架空線絕緣子，導(dǎo)線斷裂后單相接地，非故障相電壓升高，造成該線路所在的母線過(guò)電壓，過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；同時(shí)，雷電在擊中架空線路故障相時(shí)，故障相線路不是立即燒斷，而是經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間，系統(tǒng)殘壓較高，超出避雷器的保護(hù)能力，導(dǎo)致避雷器損壞，以及同一母線上其它避雷器的損壞。

（2）由于開(kāi)關(guān)柜上錯(cuò)誤地選用了電站型避雷器，未能按保護(hù)范圍選擇適合型號(hào)的避雷器。

（3）避雷器損壞造成相間短路，從而相起開(kāi)關(guān)柜過(guò)流I段動(dòng)作跳閘。

3 預(yù)防措施

3.1 本次故障的防范措施

（1）因外部架空線路較長(zhǎng)，部分桿塔所處位置高于周邊建筑物，易遭受雷擊，因此在部分易受雷擊的桿塔上裝設(shè)線路避雷器，避免雷電直接侵入架空線路。

（2）變電站內(nèi)的避雷器按保護(hù)范圍正確選擇適合的避雷器。

（3）加強(qiáng)避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)，定期對(duì)避雷器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，檢查避雷器的參數(shù)性能，對(duì)超指標(biāo)值或指標(biāo)下降明顯的避雷器進(jìn)行更換，在此特別應(yīng)注意，更換避雷器時(shí)應(yīng)整組進(jìn)行更換，而不能僅更換不合格的一支。

3.2 根據(jù)電網(wǎng)的特點(diǎn)制定防范措施

鋼鐵企業(yè)中的過(guò)電壓類型一般有以下幾種：

（1）雷電過(guò)電壓，如上述案例中提到的，其主要原因是雷電直接侵入系統(tǒng)，這類過(guò)電壓能量大，如果防范不到位，造成的后果非常嚴(yán)重。這類過(guò)電壓主要發(fā)生在架空線較多的場(chǎng)合以及室外設(shè)備較多的場(chǎng)合。雷電過(guò)電壓主要來(lái)自于架空線路、室外設(shè)備遭受雷擊，因此防范架空線遭雷擊是減少這類過(guò)電壓的主要措施，一般采用架設(shè)避雷線、避雷針或線路避雷器進(jìn)行防范。

（2）操作過(guò)電壓，這類過(guò)電壓一般發(fā)生在斷路器開(kāi)合、故障等情況下，引起系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生突然變化，使系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程。防范措施一般為選用滅弧能力強(qiáng)的開(kāi)關(guān)、裝設(shè)高性能的避雷器、開(kāi)關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻等，同時(shí)要加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)，避免發(fā)生系統(tǒng)短路故障。

（3）諧振過(guò)電壓，這類過(guò)電壓是電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路，在一定的能量作用下，產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)的危害也是非常大的，在6 kV不接地系統(tǒng)中一般采用消弧線圈和改變運(yùn)行方式來(lái)消除諧振，主要是改變系統(tǒng)的電容量和電感量參數(shù)，從而達(dá)到消除諧振的目的。

（4）鋼鐵企業(yè)大都配備自備發(fā)電機(jī)組，對(duì)于不直接上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組，因外部電網(wǎng)跳閘，有可能會(huì)引起發(fā)電機(jī)組的孤網(wǎng)運(yùn)行，在發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行的情況下，可能會(huì)造成系統(tǒng)的過(guò)電壓，導(dǎo)致電力事故的發(fā)生。為避免這種情況，應(yīng)設(shè)置能穩(wěn)控系統(tǒng)對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)和措施，以減少過(guò)電壓的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

鑒于過(guò)電壓在鋼鐵企業(yè)電力系統(tǒng)所造成的危害，日常管理中，要特別注重避免過(guò)電壓的設(shè)備設(shè)施配置，在技術(shù)上加強(qiáng)管理，在設(shè)備運(yùn)行中加強(qiáng)管控，以治為主，以防為輔，通過(guò)防治結(jié)合，達(dá)到減少過(guò)電壓發(fā)生，提高電網(wǎng)安全可靠性，減少電力事故的發(fā)生。