電氣工程一次設備過電壓保護措施探討

楊杰 國網吉林省電力有限公司通化供電公司

隨著人們生活質量水平的不斷提升，也對電力資源有了更高的需求。而在電氣系統運行過程中，一次設備是直接承受電力電壓和電流的設備，并對電力系統穩定運行有重要影響，倘若電氣一次設備出現過電壓的問題，不僅會損害電氣設備，也會影響電力系統安全穩定的運行。因此，設備管理人員，應重視電氣一次設備過電壓的問題，積極探索有效的保護措施，確保電氣設備得以正常穩定的運行。

一、過電壓的概述

（一）概念

過電壓指的是電力系統正常工作的電壓超出了自身可承受的范圍，一旦出現過電壓的情況，就會對電氣設備造成不同程度的損害。在多數情況下，過電壓并不會表現出太大程度的超出，所以對電氣設備所造成的傷損程度較小，且需要經過一段時間的發展后才會充分顯現，此時只需要正常的維護便可避免所帶來的影響，防護起來相對簡單。但也不可避免的是，也存在超出電壓值非常高的情況，此時就會對設備造成毀滅性的損壞，甚至是威脅周邊人員的安全，因此必須要引起重視。

（二）分類

按照一次性過電壓的性質和成因來劃分，可將過電壓分為外過電壓和內過電壓這兩種類型。其中，外過電壓指的是外部因素所引起的過電壓。常見的外過電壓類型有雷擊過電壓，這一過電壓形式所帶來的危害性是極大的，如雷電直接擊中電氣一次設備，將設備的絕緣層擊穿；或者是雷電間接對電氣一次設備產生影響，設備周圍的地面、樹木或其他構造物等被雷電擊中，使得電氣設備磁場發生變化，進而影響電氣設備的正常運轉。內過電壓指的是電氣設備在運行時，受到內部構件、線路等方面的故障影響而出現過電壓的情況。按照內過電壓的產生的形式來劃分，可分為操作過電壓和暫態過電壓這兩種形式。其中，操作過電壓指的是因操作不當而形成過電壓；暫態過電壓指的是因變壓器出現故障而引起的過電壓，如變壓器不對稱短路接地等。

（三）產生原因

導致過電壓產生的原因有許多，主要包括這幾個方面：一是電力外輸線路。通常情況下，在電力系統運行時，電氣設備本身會存在電磁干擾的情況，因此也較容易出現過電壓的情況。如在電氣設備實際運行時，發電機就很容易出現勵磁的情況，此時就會出現過電壓。同時，在電力外輸線路運行時，還會受到如負荷效應、不對稱接地等因素的影響，使得電力外輸線產生過電壓。二是出線設備。在出線設備實際運行中，比較容易受到自然現象的影響，尤其是山區。以雷電天氣為例，若輸電線與雷電直接接觸，就會出現輸電線路跳閘的情況，勢必嚴重影響輸電線路的穩定運行。為了避免這樣的情況發生，通常會通過架空線路的方式，遠離灌木叢林，同時安裝避雷設備，減少出線設備遭受雷擊的頻率。三是主變壓器。在主變壓器運行過程中，常常會出現其高壓側斷路器空載的現象，此時會產生微弱電流，進而使得繞組上的電容電壓值顯著上升，形成過電壓，嚴重影響斷路器的運行。

（四）危害性

對于電力系統運行而言，過電壓產生的影響是非常嚴重的，尤其是對一次設備，甚至會嚴重影響供電系統的安全。其中，就內過電壓方面，會導致電氣設備出現各種故障問題，并降低設備的性能，使得設備處于不安全、不穩定的狀態下運行。嚴重情況下，內過電壓會導致電網系統斷電，進而影響電力用戶的正常生活，這帶來的損失是不可估量的。而就外過電壓方面，也會導致電氣設備在運行時出現損壞、燒毀、爆炸等安全隱患，甚至是引起大面積的停電事故。因此，就需要電氣設備相關管理人員，全面分析電氣一次設備過電壓產生的原因，并在此基礎上采取有效的電氣一次設備過電壓保護措施，減少或是避免電氣一次設備過電壓問題的發生，確保電氣一次設備能安全可靠的運行，進而確保電力生產活動正常有序地進行。

二、電氣工程中一次設備過電壓保護的技術措施

在電力系統運行過程中，考慮到會受到內過電壓和外過電壓的影響，使得電氣一次設備正常運行受到不程度的影響。為確保電氣一次設備在常態電壓中不受到損害，就需要合理有效對各項技術參數進行調整。為此，在電氣工程設計過程中，需要重視過電壓動態變化的分析，同時也要重視一次設備過電壓保護系統的設計，妥善處理好各項技術參數之間存在的矛盾，確保電氣一次設備的過電壓水平在保護裝置水平下。另外也需要合理配置線路、設備、變電器等供電系統各項性能參數，確保電力生產及傳輸的安全性。具體來講，應從以下幾個方面采取保護措施。

（一）注重雷擊過電壓的防護

考慮在電氣工程中，雷擊是導致一次設備出現過電壓一大因素，因此在對一次設備過電壓保護設計中，應重視雷擊過電壓的防護。具體可采取這幾種技術保護手段：一是對出線設備進行有效的防護。在電氣工程設計中，電力企業可通過架空出線設備的方式來有效保護一次設備，通過架空出線，可減少絕緣子閃絡被電擊的次數，也能對線路過電壓產生的概率進行有效控制，進而避免設備出現頻繁跳閘的情況。另外，根據相關數據調查顯示，電氣一次設備遭受雷電擊中的頻率，主要與接地電阻和線路、設備裝設高度這幾項技術參數有關，因此對于電氣一次設備的過電壓保護，除了要架空出線以外，也應選擇合適的塔桿接地，從而降低因雷電形成過電壓帶來的破壞性。二是重視防雷保護裝置的設計。電力企業需要深入了解電力系統實際運行的環境、技術標準與安全要求等，并在此基礎上科學合理設計防雷保護裝置，降低雷擊對電氣一次設備運行帶來的不良影響，同時降低外過電壓發生的概率。另外，在設計防雷保護裝置時，設備管理人員應注重采用多種防雷保護裝置，如防雷接地、電容器組、GIS設備等，將這些防雷保護裝置裝設在電氣一次設備外部，實現對電氣一次設備的集中保護，避免由于雷擊而引起外過電壓危害。三是重視變電系統中避雷器的試驗檢測。設備管理人員需要在每年雷雨季節前后，各進行一次避雷器的帶電交流試驗，每三年對避雷器進行一次停電直流試驗。另外，也要嚴格按照規范對廠房等建筑防雷設施進行檢測，包括接地網的接地導通等。

（二）做好內過電壓的有效防護

為確保電氣一次設備安全穩定運行，也需要做好設備內過電壓的有效保護。具體可從這幾個方面著手：一是避免因設備老化引起的內過電壓。電氣一次設備老化會引發設備接地故障，而接地故障又會引起設備出現過電壓的情況。此時就需要設備管理人員加強設備的維護保養，制定完善的設備維護保養計劃，經常性且有針對性地開展設備維護保養工作，盡最大可能地延緩設備的老化速率。與此同時，設備管理人員也要做好設備檢修和預防性維護試驗，若在檢查過程中發現有設備老化，應及時更換。另外，應基于單相接地的正常過電壓值基礎上，合理設置避雷設備電壓，將設備接地相的電壓控制在合理的范圍內，減少因單相接地故障引起的過電壓。二是強化負荷突變情況的控制。在電力系統運行過程中，一些突發事故也會引起系統電壓驟升，進而導致電氣一次設備出現過電壓。為此，就需要設備管理人員加強負荷突變情況的控制，科學制定突發故障的應對方案。具體需要在電氣設備周圍安裝勵磁系統，以此對電樞反應實時控制。同時還需要科學有效地控制長線路電容效應，可采用限制空載線路的方式實現控制。另外，也需要設備管理人員完善好設備的配置，比如變壓器和切斷線路的開關，盡可能地選擇帶有并聯電容的開關，或者是電壓互感器，盡量選擇電容式電壓互感器等。三是預防諧振過電壓。在電力系統運行過程中，也可能會出現諧振過電壓的情況，若諧振過電壓時間較長，勢必會對電力系統的穩定運行造成影響。對此，也需要設備管理人員做好諧振過電壓的有效預防，同時對于諧振過電壓的處理，可通過增加電阻、減少電抗和安裝消諧器這三種方式來處理。

（三）做好主變壓一次設備的過電壓保護

為確保電力系統安全可靠運行，應重點關注主變壓一次設備的過電壓保護。現階段，引起主變壓一次設備過電壓的因素，主要是空載變壓設備開斷和短路系統實際滅弧能力。根據相關調查顯示，當變壓設備的磁場能全部轉變為電能時，此時設備電壓值將達到峰值。對此，在電氣工程設計中，電力生產單位可采取裝設糾結式繞組的方式，來提高繞組的電容容量，同時選擇直接接地的方式對主變高壓器進行保護，另外主變低壓PT柜中安裝一組避雷設備，以此減少設備遭受雷擊，實現對主變壓一次設備的有效保護。

三、結語

綜上所述，在電氣工程中，一次設備作為直接承受電力電壓和電流的設備，必須要確保其安全穩定的運行，才能夠確保電力系統安全穩定的運行。但受到外部和內部因素的影響，在電氣一次設備運行過程中，往往會出現過電壓的情況，過電壓會對設備造成不同程度的損傷，甚至是引起嚴重的電力事故，嚴重威脅人員的生命安全。因此，電力生產企業在電氣工程設計過程中，必須要充分認識到電氣一次設備過電壓保護的重要性，在明確過電壓類型、產生原因及危害的基礎上，針對性對電力系統的各項技術參數合理調整，形成一個全面優化的電氣設備過電壓保護系統，從而為電力系統安全、穩定、高效的運行奠定良好的基礎。