水電廠電氣一次設備過電壓保護措施探討

周佳

（懷化沅江電力開發有限責任公司托口水電廠 湖南洪江 418200）

水電廠電氣一次設備過電壓保護措施探討

周佳

（懷化沅江電力開發有限責任公司托口水電廠 湖南洪江 418200）

一旦出現過電壓，必定會對電氣設備造成一定的損害，并且還會因此導致大范圍的停電，這樣一來，不僅會對電力系統的正常運行造成嚴重的影響，還會給人們日常生活帶來不便。基于此，本文以水電廠電氣設備為例，首先分析了過電壓的概念、分類及特點，其次對過電壓對水電廠電氣一次設備的影響進行了一定的闡述，最后詳細的研究了電氣一次設備過電壓保護措施，以供參考。

水電廠；電氣設備；一次設備；過電壓保護措施

1 引言

水電廠電力系統及人們日常生活電力系統的電壓承受力具有一定的限制，如果電壓超過系統既定額度，將會嚴重損壞電氣設備，嚴重的還會引發大規模的停電事故，進而影響到人們的日常生活及企業的正常運營，最終造成極大的經濟損失。此情況下，必須要積極采取一定的措施保護設備過電壓，確保水電廠電氣設備的正常運行。

2 過電壓分類

2.1 外過電壓

外過電壓主要表現為雷電過電壓與大氣過電壓，其主要是由于大氣中的雷云對地面放電而導致的。對于外過電壓，主要包括直擊雷電過電壓與感應雷過電壓兩種。其中，雷電過電壓持續時間大約達幾十微秒，并且具備脈沖特征，所以又被稱為雷電沖擊波。同時，對于直擊雷過電壓，其主要指雷閃直接擊中電力設備導電部位時所出現的過電壓，而雷閃擊中帶電的導體，例如架空輸電線路導線，則被稱為直接雷擊。

此外，如果雷閃擊中處于正常接地狀態的導體，例如輸電線路鐵塔，能夠使得導體電位升高之后再次對帶電的導體放電，這稱為反擊。通常情況下，直擊雷過電壓幅值可達上百萬伏，會對電力設備絕緣造成嚴重的破壞，進而引發短路接地故障。對于感應雷過電壓，主要表現為雷閃擊中電力設備周圍地面，在放電過程中，由于空間電磁場的急劇變化，使得未直接遭受雷擊電力設備上感應出的過電壓。由此可知，要想有效防護架空輸電線路，必須在其上方架設避雷線與接地裝置等。

2.2 內過電壓

內過電壓主要是指電力系統內部運行方式出現改變而導致的過電壓，主要包括暫態過電壓、操作過電壓以及諧振過電壓。其中，對于暫態過電壓，其主要是由于斷路器操作或發生短路故障，使得電力系統過渡過程以后重新達到某種暫時穩定情況時而出現的過電壓，所以又被稱為工頻電壓升高。常見現象主要有以下幾種：①空載長線電容效應。此種效應是指在工頻電源作用下，由于遠距離空載線路電容效應的積累，使得沿線電壓分布不等，此情況下，末端電壓最高。②不對稱短路接地。當三相輸電線路a相短路接地故障時，b、c相上的電壓會出現升高的現象。③甩負荷過電壓。此類電壓主要是指當輸電線路出現故障而被迫突然甩掉負荷時，由于電源電動勢未能及時自動調節而導致的過電壓。

此外，對于操作過電壓，其主要是由于斷路器操作或發生突然短路而導致的衰減較快持續時間較短的過電壓，通常可表現為：①空載線路合閘與重合閘過電壓。②切除空載線路過電壓。③切斷空載變壓器過電壓。④弧光接地過電壓。而對于諧振過電壓，其主要是由于電力系統中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發生諧振所造成的過電壓。按照其發生的原因，可將其分為線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓與參量諧振過電壓。

3 水電廠電氣一次設備的過電壓保護措施

3.1 勵磁變壓器保護

（1）充分利用氧化鋅的電阻能力。通常情況下，氧化鋅的電阻不會出現導通的情況，但會發生連續性動作，以避免非線性電阻的老化，進而引發短路故障。通過相關研究發現，非線性電阻的吸收能力具有一定的限制，而100MHz的連續過電壓是最高層次的吸收限度。

（2）氧化鋅對于多數電壓的吸收，目前，國家已經制定并實施了有關標準與規范，以此來控制勵磁變壓器的過電壓保護。一般情況下，避雷器僅能夠在一定程度上發揮對勵磁變壓器的保護作用，主要原因在于普通避雷器絕緣程度較低，在產生過電壓時，往往會對絕緣部位產生傳統的效果，進而直接損傷勵磁變壓器。

要想有效保護勵磁變壓器的絕緣功能，必須重視以下事項：①對于二次電壓，其通常會隨著參數的變化而改變，市面上目前還沒有有效的產品。②目前情況來看，100MHz幻想過電壓一般是利用組容器來限制其最終造成的損害。

特殊情況下，組容器的里側繞組會產生過電壓，之后二極管就會向電容充電，通過此種緩沖方式，可有效減弱過電壓產生的沖擊作用。等到過電壓逐漸變小時，電容就會向電阻釋放電荷，以此來為之后的過電壓再次臨時吸收的順利進行提供便利。

3.2 放電間隙保護

對于間隙的保護，一般利用簡單的防雷保護裝置進行，其主要構成要素為2個金屬電極，其中的一頭連接帶電的導線，并固定在絕緣子上，另外一頭則穿過輔助間隙與接地裝置連接，這兩個電極間存在一定的間隙距離。防雷保護裝置的構造較為簡單，維護也較為便利，但其自行滅弧能力不強。

對于保護裝置間歇結構，主要包括棒形、球形及角形三種，這三種形態的結構各有優缺點，具體如下：①棒形的伏秒特性極其陡，幾乎無法滿足設備絕緣要求。②相比于其他兩種間歇結構，雖然球形保護裝置的伏秒特性要平坦一些，并具有良好的保護性能，但端頭部位極容易發生燒傷事故。一旦燒傷，必定會擴大電極間的間歇距離，進而對作業的精確性造成影響。③球形保護裝置綜合了上述兩種設備的優勢。近年來，其在我國過電壓防護領域中獲得了十分廣泛的應用。

3.3 出線過電壓保護

3.3.1 GIS配電裝置出線過電壓保護配置

對于與GIS管道連接的架空線路，需要確保其進線端保護長度超過2km。同時，在220kV及以下GIS配電裝置架空線路的出線連接部位，還應當進行出線側避雷器Fl的安裝與設置，但嚴禁將母線避雷器安裝在母線上。對于220kV、110kV進線有電纜段的GIS變電所，應當將金屬氧化物避雷器安裝在電纜段與架空線路連接處，并且還要將接地端連接電纜金屬外皮。

對于三芯電纜末端金屬外皮，應當與GIS管道金屬外殼連接接地。而對于單芯電纜，則應當利用金屬氧化物電纜護層進行接地。對于電纜末端與變壓器或者是GIS一次回路的任意電氣部分之間的最大電氣距離，需確保其不大于130m。對于連接電纜線的2km架空線路，應當架設避雷線，并將其作為進線段進行保護。

3.3.2 AIS配電裝置出線過電壓保護配置

對于35～220kV架空線路，應進行進線段保護裝置的安裝。對于新建35～220kV變電站出線部位，應當在變電站內安裝、設置出線側避雷器。對于已建設35～220kV變電站出線部位，應當在變電站內增加出線側避雷器的安設。但如果條件不允許，可在出線終端塔上安裝出線側避雷器。

而如果變電站所有出線位置處均已安設了避雷器，此時不需要在母線上安裝避雷器，但需要對極端運行模式下的保護距離進行校核，如果不能滿足工程要求，應當進行母線避雷器的安裝。此外，對于220kV及以下架空線路、電纜混合線路，在電纜與架空線路連接部位，應當安裝避雷器F1，并且還要將其接地端連接電纜金屬外皮。

4 結語

綜上所述，水電站電氣一次設備性能的平穩直接影響著水電站的順利運營，一旦出現過電壓，將會打破電網的穩定狀態，不僅會損壞電氣設備，嚴重的還會導致大規模停電。針對此種情況，必須及時采取合理的措施進行一定的保護，為電氣一次設備的運行提供穩定的工作電壓，最大限度的降低設備使用年限的損耗，確保電氣設備的長期穩定運行。

[1]黃 萍.110kV變電站防雷保護探析[J].企業科技與發展，2012（19）：37～39.

[2]陳東明.水電站電氣設備布置的技術分析[J].文摘版：工程技術，2015（38）：125.

[3]湯世強.關于電氣一次設備的過電壓保護策略解析[J].科學與財富，2015（22）：401.

TM862

A

1004-7344（2016）08-0051-02

2016-2-14

周佳（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事電氣一次及可靠性工作。