試論發電廠電氣設備過電壓保護問題與對策

趙樹勛

【摘 ?要】電力行業的發展直接關系到我國整體經濟的發展速度。第二次工業革命以來，電力已發展成為人類社會極其重要且不可或缺的能源，極大的推動了人類文明的進步和發展。當今時代，我們仍然對電力有著持續增長的需求。為了滿足社會的電力需求，電力企業應加強發電、輸電、變電、配電、用電過程中的安全管理，針對其中可能出現的過電壓問題進行防護。

【關鍵詞】發電廠電氣設備;過電壓保護;問題與對策

引言

科技的快速發展帶動我國電力行業發展迅速。在發電廠廠用發動機運行的過程中，廠用電系統會受外部與內部過電壓的侵襲，對電氣設備運行的安全性以及設備絕緣性產生嚴重的影響。但因為電氣設備內部電動機耐受過電壓性能不強，所以有必要考慮其實際的絕緣水平，合理地采取過電壓保護措施，以保證能夠實現“絕緣配合”目標。

1發電廠電氣一次設備過電壓概述

電力系統中，過電壓使設備電壓遠超額定電壓，會對電氣設備自身造成損壞。在一般情況下，電氣系統產生的電壓不會過大，不會對設備造成損壞，但如果出現非正常運行環境與工況，就可能會產生過電壓。如果設備出現長期過電壓的情況，就會影響其正常運行，并對設備和人員帶來極大的安全威脅，因此需要引起重視。理論上，設備的過電壓分為外部過電壓和內部過電壓兩方面。外部產生過電壓，主要是受自然因素影響的，如雷、電等;而內部產生過電壓，主要是電氣設備內部能量變化產生的，主要包括：諧振過電壓、操作過電壓、工頻過電壓等，此三種中諧振過電壓的危害最高，稍有不慎，就會對電氣設備造成毀滅性的危害。操作過電壓出現頻率較低，是由于人員操作產生的，出現過電壓的時間較短暫，危害程度有高有低。工頻過電壓是受電容效應影響產生的過電壓現象，實際危害較低。無論哪種形式的過電壓，都需要得到發電廠的重視，將設備的損壞降到最低。

2發電廠廠用電動機外部過電壓研究

所謂的外部過電壓，同樣也被稱作是大氣過電壓，以直擊雷電亦或是感應雷電活動為根本原因引起。因為電廠廠區的內部不會架空線路，所以直接雷擊僅會出現在室外配電裝置總變電所與引入、引出外部架空線路中。一般來講，若廠區的配電裝置的進出線路都是電纜，則被認定無法承受大氣過電壓威脅，所以并不需要采取相應的防護措施。在實踐過程中，電氣設備會被連接在相同電力網中，一旦局部受到雷電直擊亦或是此部位避雷器動作殘壓都會直接提高系統整體電壓。而額定電壓相同的電氣設備，其內部結構存在差異，所以絕緣能夠承受的過電壓能力也有明顯區別。通常，變壓器與開關設備絕緣承受能力較強，但是電動機與電纜絕緣承受能力則相對薄弱，所以電動機和電纜在過電壓條件下很容易損壞。

3發電廠電氣一次設備過電壓保護策略

3.1完善電氣設備的定期運檢工作

定期做好設備維護檢修工作，正所謂無規矩不成方圓，制定設備運行要求及責任檢查制度，將責任落實到個人。備用電源的自動跳閘和電站設備中的接地線的短路問題基本上是由于缺乏操作經驗和維護頻率較低。規范檢修制度，這樣才能在一個特定的標準下執行工作任務。在保障維護技術的實施方面有一定的依據。因此，首先要制定相應的責任制，完善操作制度，要求經營者嚴格按照操作規程執行。在例行檢查中，設備如貼有故障標志，須盡快排除故障問題，或是發現設備存在安全隱患，須停止設備的運行，直至故障排除，被做好相關的檢修記錄。對設備進行維護工作，降低維護頻率，延長使用壽命。針對故障的原、維修過程都必須做好詳細記錄。

3.2局部放電在線監測技術

發電廠電氣設備大都結構復雜，絕緣水平也不盡相同，因為不均勻的電場分布導致較高的局部電場。制造工藝的粗糙，惡劣的運行條件都會導致局部放電現象，繼而逐漸發展成為嚴重的故障。以變壓器為例的局部放電監測方法如下：超聲波檢測，測光，化學檢測，脈沖電流法，射頻檢測法等。例如超聲檢測法的應用：超聲波傳感器位于變壓器油枕壁上，變壓器內部局部放電產生的超聲波可由傳感器接收。可以非常精確地監測局部放電的大小和位置。壓電傳感器是通常用于超聲波測試的超聲波傳感器，并且選擇70至150KHz的頻率范圍。這完全避免了變壓器的核心噪聲和機械振動噪聲。超聲波測試方法的另一個優點是它可以較少受到電干擾，因此它已被廣泛用于局部放電。迄今，一些超聲波檢測傳感器并不會對電磁產生很強的干擾，靈敏度低，會大大增加檢測的困難。在過去數十年中，電子放大技術、聲電轉換元件的效率都有了顯著提升，靈敏度超聲檢測技術也發展的日新月異。

3.3串聯間隙養護新避雷器

正是因為間隙的存在，所以在電壓正常的情況下，氧化鋅避雷器元件當中并不會流過電流，而且也不會出現熱老化的問題。氧化鋅本身的非線性特性十分理想，所以在間隙放電以后，續流極小，受間隙滅弧要求而明顯下降，使得間隙壽命得以延長。需要注意的是，串聯間隙氧化鋅避雷器間隙所承擔的滅弧任務存在差異，因而無法由諸多間隙構成，僅具備一個間隙即可，所以放電電壓分散程度也不大。除此之外，可以把串聯間隙避雷器替換為四星形，同樣可以對相間絕緣保護問題加以解決。通過對這種接法的運用，相對相沖擊放電數值和殘壓數值和相對低數值更加接近，使得相間過電壓數值不斷降低，使得相間絕緣得到了必要的保護。而當前已經有大部分廠家對帶串聯間隙氧化鋅避雷器進行生產，產品本身性能要遠遠超過無間隙氧化鋅避雷器。以型號為TBP的四星形接線有間隙氧化鋅避雷器為例，具體的技術參數表現為：持續運行的電壓是7.6kV，而工頻放電的電壓則是11kV。另外，沖擊放電的電壓是15.6V。通過對以上參數的分析可以發現，該氧化鋅避雷器的持續運行電壓相對較高，能夠與長期工作的在線電壓要求相適應。另外，沖擊放電電壓與殘壓不高，不超過電動機絕緣所能夠承受的過電壓極限。由此可見，在和電動機相互配合的情況下，即可對其進行有效保護，以免受到過電壓損害影響。

3.4設備內部過電壓保護

和外部過電壓產生原因相比，內部過電壓是可以人為控制的，因此發電廠可以在此方面采取一定措施，減少內部過電壓的產生，主要從兩個方面進行：一方面，要避免負荷突變，以防設備在運行中電壓突然升高，出現過電壓，做好突發事件的處理方案，保護發電機側勵磁系統，控制電樞。限制空載線路，將長線路電容反應控制在一定范圍內。利用多種方法協同，將過電壓降到最低，減少對電氣設備帶來的影響。另一方面，發電廠電氣設備在工作的過程中，經常出現電路單相接地的故障產生過電壓。此時可以統計運行中單相接地故障的數量和頻率，結合單相接地時的正向過電壓值，設置避雷設備的相關參數，提升電氣設備的使用壽命。

結語

綜上所述，對發電廠電氣設備的過電壓保護，應結合過電壓產生的原因及保護過程中出現的問題，采取一定的措施，例如加強變壓器出口避雷器維護及預試工作、設置放電間隙、減少操作過電壓及設備接地故障等，來對發電廠電氣設備進行過電壓保護。

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[3]魏顯安，萬里寧.發電廠過電壓防護的幾個問題[C]//中國電機工程學會2010年發電廠電機技術交流研討會.2010.

[4]魏顯安，萬里寧.發電廠過電壓防護的幾個問題[J].中國電機工程學會2010年發電廠電機技術交流研討會，2011.

（作者單位：山西大唐國際云岡熱電有限責任公司）