水電站系統過電壓的原因及其保護對策

張建 況峻峰

摘要：隨著我國時代和經濟技術的發展，我國的電力工程建設得到了不斷地發展，相應的電氣設備也得到了快速的發展。水電站系統的正常工作與電氣設備的平穩運行有著不可磨滅的關系。電氣設備的過電壓保護技術是當前電力工程建設的重要技術，過電壓的存在會造成電力電網不穩定，從而會造成電氣設備的損壞，給水電站造成嚴重的經濟損失，甚至會造成人員的傷亡。基于此，為了大力發展水電站的過電壓保護技術，保證其中電氣設備的正常運行，加快我國水電站系統的建設，本文分析了水電站系統過電壓的原因并提出了對其進行過電壓保護的方案和措施。

關鍵詞：水電站系統;過電壓;過電壓原因;保護對策

引言

在我國水電站系統不斷發展的背景下，對其進行過電壓的保護已經成為該領域以及電力行業的重點關注內容。隨著水電站系統電網的復雜性日益提高，對其提出科學有效的過電壓保護策略是至關重要的，這能夠提升水電站系統運行的效率性、科學性和安全性，能夠保證水電站系統電力設備的正常平穩運行。當前關于水電站系統的過電壓保護技術還有待發展和完善，必須要進行合理的技術選型并進行相應的應用，才能保證水電站系統在保證安全的前提下高效運行，才能大大減少過電壓對水電站系統的不良影響，才能保證水電站系統有關工作人員和電力設備的安全，才能促進水電站系統以及電力行業的不斷向前發展。

本文選取了老撾南湃水電站系統作為工程實例并查閱了很多文獻，總結和分析了水電站系統的過電壓保護的原因以及解決方法。南湃水電站系統是老撾賽松 本特區的一個大型水電站系統，其有兩臺水輪發電機，都是立軸沖擊式的，其年發電量能夠達到4.2億千瓦時，總容量能夠達到68兆瓦。該水電站在2017年5月8日并入老撾電網開始運行并由兩臺機組完成了72小時的試運行。另外，該水電站一共有三級電壓供電，分別是11千伏、22千伏和400伏。

1水電站系統過電壓故障類型和發生原因

據了解，水電站系統的過電壓的類型有很多，它們都嚴重影響著水電站系統的正常運行，下面將對其過電壓故障的類型和發生原因一一進行討論和分析。

1.1直接耦合型過電壓

在水電站系統的過電壓故障類型中，直接耦合型的過電壓故障是很普遍的，過電壓通過水電站系統接地電阻進入設備內部便形成了水電站直接耦合型過電壓，其過電壓幅值的大小和接地電阻的阻值的大小以及接觸電流的大小有直接的關系。形成直接耦合型過電壓故障的電壓常常和水電站系統的電氣設備等直接接觸，雷擊電流就是其中最常見的。在這種類型的水電站系統過電壓的故障下，會對水電站系統的電氣設備產生很明顯的影響，會嚴重影響它們的正常運行。

1.2電感耦合型過電壓

同樣，在水電站系統的過電壓故障類型中，電感耦合型的過電壓故障也是非常普遍的。由于水電站外部電流的流動產生了相應的磁場效應，雷擊會在水電站系統的輸電線路中產生一個很大的磁場，該磁場和水電站的電氣設備之間會產生電磁感應效應，會使得電氣設備的電荷集中在一起，從而使得設備出現很大的電勢差，這樣便產生了電感耦合型過電壓。該類型的過電壓故障很明顯是跟輸電線路的電流變化率息息相關的，它們之間是一個正相關的關系，即輸電線路中的電流變化率越大那么過電壓就會越大。但是如果輸電線路中的電流變化率太小的話也會形成很大的過電壓。

1.3電容耦合型過電壓

在水電站系統的過電壓故障類型中，電容耦合型的過電壓故障出現的頻率是很低的，但是也一定要對這種類型的過電壓故障引起重視。因為如果水電站系統的電容耦合效應太大的話，必然會對水電站系統的正常運行以及電氣設備的穩定運行造成影響。當電氣設備出現過電壓時，會使得的電氣設備的內部出現大量的電荷聚集的現象，由于電容效應的存在，會使得設備內部出現很大的電位差并出現放電的現象，這種現象會對低點位的水電站電氣設備的元器件造成很大的沖擊影響。

1.4水電站系統過壓產生的原因

上述對過電壓故障的分類中，分別闡述了水電站過電壓故障產生的原因，下面將從水電站系統的整體上對該系統發生過電壓的原因進行分析和討論。對于水電站系統的過電壓產生的根本原因可以分為兩個方面，即水電站系統內部過電壓作用和水電站系統外部過電壓。水電站系統內部過電壓作用指的是該系統電氣設備出現線路故障、開關浪涌電壓和部件靜電放電等對系統造成的影響;水電站系統外部過電壓作用指的是該系統的外部環境出現一些電壓作用，比較常見的就是雷擊放電作用。這兩種過電壓作用一起導致了水電站系統過電壓現象的出現，這會嚴重影響水電站系統的安全性、穩定性和高效性的運行。

2水電站系統過電壓保護技術的體系

水電站系統的過電壓保護的體系可以分為兩種，分別是水電站系統內部過電壓保護體系和水電站系統外部過電壓保護體系，下面將分別對這兩種體系進行研究和探討。

2.1水電站系統外部過電壓保護體系

為了防止外部電流和電壓對水電站系統電氣設備造成影響，從而提出了水電站系統外部過電壓保護體系的概念，其主要是通過對外部電壓和電流采取隔絕措施而避免了水電站系統外部產生的電容效應和電感效應的過電壓作用。水電站系統外部過電壓保護體系主要由三部分構成，分別是水電站外部的引下線、接閃器和外部的接地系統。這些外部的保護設備必須要滿足相應的規范和要求，引下線要在水電站系統外部過電壓保護體系的周圍均勻排布;接閃器要在水電站系統中實現全覆蓋的安裝;接地系統要格外注意接地電阻的連接并對外部保護體系形成有效的防護。

2.2水電站系統內部過電壓保護體系

據了解，水電站系統的內部過電壓主要有三種表現形式，分別是諧振過電壓、暫態過電壓以及在操作過程中出現的操作過電壓。對于水電站系統的內部過電壓的保護體系有三個重點，下面將對其進行概括和討論。

首先，水電站系統內部過電壓保護體系的第一個重點是關于該系統中控室以及計算機室等的放置問題。這兩個位置是水電站系統中過電壓的影響比較明顯的位置，它們的布局問題會影響這水電站系統的整體運行效果。該系統的內部過電壓保護體系要圍繞核心位置進行排布，并保證留出足夠的安全距離。為了減小雷擊過電壓對于該系統整體的不良影響，需要把水電站廠房以及壩區等位置進行連接，通常就是用導線連接從而使它們成為等電位提，從而能夠控制地電位反擊故障。

其次，水電站系統內部過電壓保護體系的第二個重點是要注意系統內部等位體的連接問題。為了能夠滿足水電站系統內部的多級保護，需要對把系統內部的等位體進行連接，要避免電感效應和電磁效應產生的過電壓對水電站產生影響，要增加雷電過壓設備的數量，減小雷擊過電壓對系統的影響，使水電站的過電壓一直在合理的范圍內。

最后，水電站系統內部過電壓保護體系的第三個重點是要加強防雷保護設備的應用。水電站系統內要配備足夠多的防雷設備，還要對他們進行相應過電壓測試和定期的維護和檢修，要始終使它們對水電站系統具有良好的過電壓保護性能。

3水電站系統過電壓保護的應用

在水電站系統對于過電壓保護的應用有很多，結合工程實例下面將對主要的五種進行簡要的說明。

3.1氧化鋅避雷器

在水電站系統電氣設備過電壓的保護過程中，避雷器是對于雷電過電壓重要的保護設備，避雷器主要安裝在大地和輸電導線之間，與水電站系統中需要保護的設備并聯，同樣也是該系統中預防過電壓的必要措施。當輸電線路傳入水電站的電壓超過避雷器保護的最高電壓后，避雷器會發生放電將此高壓傳到大地，從而對水電站電氣設備進行保護。氧化鋅避雷器是避雷器最常用的設備之一，其主要是減小大氣過電壓的影響對水電站系統進行保護。氧化鋅避雷器本身的阻值特別高，但是當有大氣過電壓時，其阻值會降低，回路就會被導通，電路中的電荷也會被導出，從而使得電氣設備殘留電壓降低，當設備的電壓恢復后，氧化鋅避雷器就會回到最初的阻值，從而減小了過電壓對水電站系統的影響。

3.2氧化鋅壓敏電阻

在水電站系統電氣設備過電壓的保護過程中，氧化鋅壓敏電阻也是系統過電壓的保護設備，其同樣也是利用元器件阻值的變化形成的電流來控制水電站系統設備的電壓差，從而對水電站系統實行過壓保護。氧化鋅壓敏電阻已經在很多水電工程中得到了應用，比如說葛洲壩水電工程和南湃水電站工程等，該保護方法能提高對水電站系統保護的作用，也能夠很好保護水電站有關工作人員的人身安全。

3.3放電間隙保護

在水電站系統的過壓保護上，放電間隙保護是一種應用很普遍的保護方式，其一般需要放置兩個金屬電極，它們起著完全不同的作用，其中一個是為了與絕緣子進行連接，而另一個金屬電極通常與水電站接地系統進行連接。在水電站系統過電壓的作用下，可以很好地調控放電間隙的影響。放電間隙保護主要有兩種保護裝置，分別是球型放電間隙保護裝置和棒型放電間隙保護裝置。球型放電間隙保護裝置對具有平緩的伏秒特性，從這方面說它對過電壓具有很好的保護性，但是它容易出現端頭燒傷的問題，這又會不利于過壓保護的有效性;棒型放電間隙保護裝置在水電站系統中用得比較少，因為它與該系統的電氣設備的匹配度不高，另外它具有較高的伏秒特性曲率，這也不利于過壓保護的有效性。

3.4防雷保護

防雷保護對于水電站系統的過壓保護是非常重要的，因為該系統出現過電壓問題很大程度上就是雷擊造成的。雷擊對水電站系統整體運行的合理性和安全性影響很大，其主要通過電感耦合等形式對系統中的電氣設備造成危害。在實際工程包括南湃水電站工程等的防雷保護中，主要有兩種防雷保護裝置，分別是閥型避雷器和加裝電路進線保護裝置。閥型避雷器能夠減少雷擊對水電站系統的影響，可以增加該系統運行的安全性，也能夠降低過電壓對人體的危害;加裝電路進線保護裝置能夠降低侵入波對水電站系統電氣設備的不利影響，同時也能夠增強其對過電壓的接受程度，這兩種裝置都能促進水電站系統的正常安全的運行。

3.5勵磁變壓器過壓保護

在水電站系統的過壓保護上，勵磁變壓器過壓保護同樣也是一種應用很普遍的保護方式，它一般選用無間隙避雷器來對水電站系統進行過壓保護。但是我國還沒有定性的關于變壓器系統的勵磁變壓器產品，對于100赫茲的過壓在我們國家通常會采用阻容器作為過壓保護設備，這主要是因為阻容器不容易老化，只要對其進行科學有效保護，就能使得它的電阻正常工作，這就能夠保證其對水電站系統設備的過壓保護。

4結束語

綜上所述，水電站系統作為我們國家電力行業重要的系統之一，必須要不斷促進它的發展。對于水電站系統容易出現過電壓的問題，必須要對其進行科學合理的過電壓保護，本文分析了水電站系統過壓問題產生的原因及主要的過壓故障類型，并提出了相應的過電壓保護體系和過電壓保護方式。做好水電站系統中電氣設備的過壓保護，有利于水電站工程安全有效的運行，也有利于電力行業的不斷向前發展，同時也能夠促進我們國家區域經濟的發展，加快推動國家的現代化進程。

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作者簡介：

張建（1986-），男，漢族，四川南部縣人，本科，助理工程師，主要從事水電站運行工作。

況峻峰（1985-）男，漢族，四川南部縣人，大專 ，助理工程師，主要從事水電維護工作。