電氣一次設備過電壓保護問題探討

劉錦忠

國網江西豐城市供電有限責任公司，江西豐城 331100

電氣一次設備的過電壓，就是指在一些特殊的情況下，電氣一次設備的電壓值出現了異常的攀升，超出銘牌規定的最高電壓的現象。通常來說，電氣一次設備的過電壓屬于電磁擾動的范疇。為了防止過電壓現象對電力系統的危害，在對電氣一次設備進行設計時，要求所有電氣設備的絕緣不僅能夠承受正常范圍的工作電壓，而且對于一定范圍內的過電壓也應當有一定的承受能力。這樣才能保證電氣一次設備不受損害，進而保證電力系統的安全、平穩運行。

1 外過電壓和內過電壓的危害

1.1 外過電壓和內過電壓

根據過電壓成因的不同，可以將過電壓分為外過電壓和內過電壓兩類。其中，外過電壓主要是由于雷擊引起的，所以又被稱為雷擊過電壓。根據雷擊形式的不同，雷擊過電壓也可以分為不同的類型，比如直擊雷過電壓、感應雷過電壓以及雷電波過電壓等等。直擊雷過電壓是指雷電直接擊中電氣一次設備，擊穿絕緣層，通常其危害性比較大。而感應雷過電壓是指雷電沒有直接擊中電氣設備，而是擊中了電氣設備附近地面或者樹木等，在放電的過程中引起了周邊電磁場的變化，也能對電氣設備形成危害。

內過電壓是指由電力系統自身的故障而引起的過電壓，根據具體情況可以分為暫態過電壓、操作過電壓以及諧振過電壓等幾種類型。其中，由斷路器故障導致的過電壓叫暫態過電壓，比較普遍的有空載長線電容效應、不對稱短路接地以及甩負荷過電壓等。對斷路器的操作不當或者發生短路故障能夠引起操作過電壓，又可以進一步分為切除空載線路過電壓、空載線路重合閘過電壓、孤光接地過電壓以及切斷空載變壓器過電壓[1]。

1.2 過電壓的危害

無論是哪一種形式的過電壓，都能夠引起電器一次設備的極大損害，嚴重的甚至危及到整個電網系統的正常運行，影響到供電的安全性能和供電質量。內過電壓會帶來電氣設備的故障，導致電器設備不能有效地發揮其功能，需要進行更換才能保證電網系統的安全、平穩運用，這就使電企業的經濟效益受到了一定程度的影響。而且嚴重的內過電壓還可能導致電網系統斷電，影響到了用電客戶的正常生產和生活，造成不可估量的損失。為了進行過電壓保護，對電器一次設備的絕緣度提出了很高的要求，又會增加電力企業對于電網建設的投資。總而言之，由過電壓所造成的危害是多方面的，同時也是十分嚴重的，因此，必須高度重視電力設備的過電壓問題，在進行電氣一次設備的設計時，力求通過科學的設計降低過電壓所造成的危害程度。

2 電氣一次設備過電壓保護設計所應遵循的原則

在進行電氣一次設備的過電壓保護設計時，需要根據下面幾項原則來進行：1）電氣一次設備的過電壓保護設計不僅要考慮外過電壓的保護問題，更應當考慮內過電壓的保護問題。在電網系統的運行過程中，電氣設備需要承受在一定范圍內的常態過電壓，因此為了保護電器網設備在常態過電壓中不受到損害，應當更加注重這方面的設計；2）因為工頻過電壓不僅影響著操作過電壓的水平，而且還對出線避冒器的額定電壓有著直接的影響，從而決定著電器設備的絕緣水平以及出線斷路器的電阻熱通量，因此，對于外送線路工頻過電壓的水平需要通過準確的計算進行科學的分析；3）在電氣一次設備過電壓保護設計時，需要妥善解決各項技術參數的矛盾，使得電氣一次設備的過電壓水平不低于避雷針等裝置的保護水平；4）在進行設計時，為了防止諧振過電壓的出現，需要正確的處理參數的組合[2]。

3 電氣一次設備過電壓保護設計

3.1 輸電線路過電壓保護設計

在計算輸電線路工頻過電壓的過程中，應當充分考慮到在常態下由兩相接地故障、單相永久接地故障等對于線路可能產生的作用。可以通過降低機組的運行電壓、設置遠跳對側開關、機組進相運行等方式進行過電壓保護。

3.2 出線設備的過電壓防護設計

為了降低電氣設備遭遇雷擊的可能性，避免電網系統出現跳閘的情況，應當采取架空地線的設計方案，在出線設備上裝置避雷針等保護裝置。同時，在電纜的連接方面，戶外終端可以通過金屬保護套，經由氧化鋅電阻進行接地設計，而戶內終端更為簡單，可以直接利用接地連接箱實現接地。

3.3 電壓保護設計

使用SSP 系列變壓器作為主變壓器。SSP 系列變壓器的高壓繞組雷電沖擊的絕緣水平為1550kV，低壓繞組雷電沖擊的絕緣水平為125kV，高壓操作繞組沖擊的絕緣水平為1175kV。同時，主變壓器的高壓側中性點進行直接接地的設計，為了避免低壓側遭受雷擊的現象，還應當設置避雷針等保護裝置。這種設計方案的性價比比較高，不僅能夠滿足電氣設備的安全性要求，還經濟實惠，能夠有效地控制工程造價[3]。

3.4 出口斷路器過電壓保護設計

為了避免斷路器出現操作過電壓，增強斷路器的滅弧能力，在發電機兩端需要以并聯的方式連接電容器。此外，為了保護變壓器高壓側不受過電壓損害，需要設置大容量高壓限流熔斷組合保護裝置。這樣能夠很好地保護電氣設備的絕緣性，有效的增強斷路器的滅弧能力。

4 電氣一次過電壓保護的注意事項

在進行備過電壓保護設計時，需要重點注意以下幾個問題：1）電氣一次設備過電壓保護設計需要兼顧內過電壓保護和外過電壓保護兩方面的問題，尤其是內部過電壓。由于電氣設備中常態的過電壓是普遍存在的，所以應當采取一定的手段抵消穩態過電壓的影響；2）注意電氣過電壓水平與避雷器等防過電壓設備在承受過電壓技術參數的配合，要求電氣過電壓水平高于避雷器等防過電壓保護水平；3）對于高壓長距離線路，采用并聯容量適當的并聯電抗器加中性點小電抗器的方式，能夠把內過電壓控制在較低的水平，再輔以斷路器加并聯電阻和氧化鋅避雷器，能夠有效的保證超高壓線路的安全性。

5 結論

綜上所述，電氣一次設備是電網系統的重要組成部分，為了防止電氣一次設備過電壓所帶來的危害，必須對電氣一次設備進行過電壓保護設計。在進行設計時，需要綜合考慮外過電壓和內過電壓的保護，從輸電線路、出線設備、出口斷路器、發電機中性點等多個方面進行綜合設計，為電力系統的安全、平穩運行提供可靠的保障。

[1]品出拉木.電氣一次過電壓保護設計分析[J].水利電力技術，2012，10（29）：327-328.

[2]何國彬.電氣一次過電壓保護設計分析[J].中國機電工程，2011，07（15）：154-155.

[3]朱韜析，歐開健，朱青山，王超.直流輸電系統接地極過電壓保護缺陷分析及改進措施[J].電力系統自動化，2008，04(7)：185-186.