電氣工程一次設備過電壓保護措施的分析

李冬玉 寧夏匯才工程服務有限公司

長期以來，我國電網大多采用中性點不接地的運行方式。此類運行方式的電網在發生單相接地時，故障相對地電壓降低，非故障相的對地電壓將升高3.5倍相電壓甚至更高，這就需要PT飽和特性要好，即飽和點要高；某電氣工程一次設備中由于過電壓引起PT燒毀、高壓熔絲熔斷等問題卻一直沒有得到解決，尤其是某電氣工程一次設備，從投運以來PT已連續十幾年在系統接地后發生多次燒毀現象，同時高壓熔斷器也頻繁熔斷，嚴重威脅著設備及電網的安全運行。

一、電氣一次設備過電壓的危害

根據電氣一次設備電壓升高方式和發生區域的不同，過電壓可分為內部過電壓和外部過電壓兩種類型，其中，內部過電壓指的是由電氣設備自身所產生的內部能量、操作人員對電器設備操作不當引起的過電壓，外部過電壓指的是由雷云放電引起的過電壓。無論何種類型的過電壓均會對電氣設備的正常使用和壽命產生諸多的不良影響，如內部過電壓不僅會導致電力系統的電壓、電容參數發生改變，從而引發大面積的停電，同時還會導致電氣設備在運行過程中出現損壞、燒毀、爆炸等安全隱患問題，從而會對電氣設備的使用壽命及相關工作人員的人身安全、企業的健康穩定發展造成嚴重的不良影響，因此，就需要電氣設備管理人員全面分析電氣一次設備過電壓發生原因，并探尋有效的電氣一次設備過電壓保護措施，才能最大限度地降低電氣一次設備過電壓現象的發生，從而提高電氣一次設備運行質量和保障其運行的安全性，進而才能促進企業各項電力相關的生產活動正常進行。

二、電氣工程一次設備過電壓保護措施

（一）對保護器的維護應嚴格規范

過電壓保護器不僅決定著輸電線路能否正常運行，而且對線路的運行起著非常重要的作用。雖然保護器的種類很多，但任何一種保護器都是為了保證輸電線路的正常運行，而安裝過電壓保護器也是為了達到這一目的。過電壓保護器能否正常運行，發揮其對線路保護的積極作用，關系到施工人員的安裝和后期的維護保養。因此，維護人員在設備運行階段必須嚴格按照規范和要求維護和保養過電壓保護器。檢查過程中一旦發現故障，必須制定積極有效的故障排除措施，確保過電壓保護器的安全運行不受影響?？茖W合理地安裝保護器，從根本上降低了保護器后期運行中發生故障的概率。

（二）主變壓一次設備過電壓的具體保護措施

現階段，主變壓一次設備的過電壓參數的主要影響因素包括兩種：一是空載變壓設備開斷；二是短路系統實際滅弧能力。據相關調查顯示，變壓設備的磁場能在全部轉變為電能時，繞組電容測量得出的電壓值達到峰值。為此，電力生產單位可以選擇裝設糾結式繞組，來提高繞組的電容容量，同時采用直接接地的方式來保護主變高壓器，并將一組避雷設備安裝在主變低壓PT柜內，最大限度的避免設備遭受電擊的次數，為供電系統的穩定、安全運行提供技術支持。

（三）避雷器手車改造

在避雷器手車中安裝寬頻電壓傳感器和熔斷器；在避雷器手車面板右上方安裝數據電纜轉接頭，在儀表門上加裝EPO控制器；通過工控機系統，利用DSP數字處理器和高速FPGA處理的PCI接口采樣卡，實時分析處理瞬態、暫態過電壓波形，并記錄、分析過電壓類型和波形。具有頻率高20MHz、響應速度快、數據不失真、數據存儲容量大和人機交互界面友好同時配有USB接口和103規約接口，便于用戶現場讀取數據或后臺數據通訊并且可以短信通知用戶，主要有高壓限流熔斷器、寬頻電壓傳感器、控制器、交換機、工業控制計算機組成。

（四）設備外部過電壓保護

導致電氣一次設備產生外部過電壓現象的最主要因素為遭受雷擊等極端自然因素的影響，對此，為防范和降低設備外部過電壓的發生，可采取以下保護措施：（1）強化出線設備保護，設備管理人員可采用架空方式架設出線設備，也即采用塔桿接地方式對出線設備進行架設，這樣不僅能有效降低雷電直接擊中出線設備線路中絕緣子閃絡的次數和降低雷電擊中出線設備線路的概率，從而能有效保護出線設備線路行程，同時有效降低電氣一次設備跳閘的概率，從而能有效預防和降低設備過電壓現象的發生。（2）在設備外部裝設多種防雷保護裝置，為降低雷擊對電氣一次設備運行造成的不良影響和降低其外部過電壓現象發生率，設備管理人員還需在電氣一次設備外部裝設多種防雷保護裝置，如GIS設備、防雷接地、電容器組等，利用這些防雷保護裝置可對電氣一次設備進行集中保護，從而能有效防范其因雷擊而發生過電壓危害。（3）針對變電系統的避雷器，25項應對措施要求每年在雷雨季節前后各進行一次避雷器的帶電交流試驗，每3年對避雷器進行一次停電直流試驗。每年要對廠房等建筑防雷設施進行檢測，每年要對全廠的接地網做引上線接地導通等，這些規范都是要嚴格執行的。

（五）電氣系統裝設的過電壓保護對策

發電廠供電系統裝設形式的不同，采用的過電壓保護技術手段也存在差異。如，電氣設備定額電壓為500 kV時，可以選擇兩端并聯的系統裝設形式，出線平臺可以利用GIS母線裝置，加強對聯合抗電氣的控制，因為變壓器和帶電感應器存在電壓上互相 制約的關系，可以有效保證母線進行正常的生產操作。與此同時，應注意天氣情況的變化，對不通過天氣環境下電氣系統的保護技術進行科學選擇、應用，在設計過程中，應結合實驗數據，對電氣參數進行確定，然后選擇特定性能的避雷裝置，確保設備過電壓超出避雷裝置過電壓水平。

（六）電壓互感器及避雷器手車改造

保留原PT柜中PT手車、殼體和部分附件，在原PT手車中增加一次消諧器和智能開關；原PT柜中增加專用過電壓吸收器，取代避雷器；在儀表門上加裝配電聚優控制器。解決系統過電壓類產品解決不徹底的過電壓，有效平緩過電壓的上升前沿并削平過電壓尖峰，并且能夠耐受一定的過電壓所產生的大量能量，把過電壓限制在系統絕緣水平范圍內。同時，能有效的抑制接地恢復時涌流對電壓互感器及PT高壓熔斷器的損害，更進一步保護電壓互感器。主要由電壓互感器、高壓限流熔斷器、專用過電壓吸收器、智能開關、一次消諧器組成。

（七）電氣設備內部的過電壓防護措施

對設備內部的過電壓進行保護與控制，是有效降低設備運行風險的重要舉措，現階段，內過電壓的防護包括兩方面。（1）對負荷突變情況進行控制。在電網運行過程中，導致負荷變化的主要因素是由于突發故障引發的電壓值短時間內大幅度升高。因此，技術人員科學制定突發故障的應對方案。一方面，應在電氣設備的周圍安裝勵磁系統，對電樞反應進行實時控制；另一方面，還要運用限制空載線路來科學有效的控制長線路電容效應，綜合應用兩種方法，可以有效控制突發事故帶來的危害影響。（2）做好設備常規檢測與維護工作。目前，供電系統整體壓力的提升，部分設備在高負荷、長時間的使用過程中，容易出現老化、損壞情況，導致接地故障，從而出現過電壓情況。因此，發電廠會根據實際情況，通過數據計算，并參考單相接地時的正常相過電壓值，設定合適的避雷設備滅弧電壓。

（八）升級更換保護器

諧波是造成10kV輸電線路保護器故障的主要因素。因此，在施工過程中保護器的選擇就顯得尤為重要。與傳統過電壓保護器相比，新型過電壓保護器在傳統過電壓保護器的基礎上得到了進一步的改進，既充分發揮了傳統過電壓保護器的特點，又在傳統過電壓保護器的基礎上進行了進一步的創新和改革，實現了有效降低各種不確定因素對線路正常運行的影響。此外，新型過電壓保護器具有自動分離功能，有效地保護了輸電線路的正常運行。因此，在10kV輸電線路中應用新型過電壓保護器，降低線路運行過程中發生故障的概率是非常重要的。

三、結語

總而言之電氣工程一次設備過電壓保護的改進控制策略具有有效性和可行性，對提高電氣工程一次設備的運行安全性和可靠性有著一定的實際意義。