電氣工程設(shè)備過電壓保護(hù)措施分析

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摘要：闡述電氣一次設(shè)備過電壓的危害，分析電氣一次設(shè)備過電壓產(chǎn)生的原因，提出電氣一次設(shè)備過電壓的保護(hù)措施，從而保障設(shè)備正常運(yùn)行和設(shè)備使用壽命。

關(guān)鍵詞：電氣一次設(shè)備；過電壓；保護(hù)措施

引言

電氣一次設(shè)備是一類可直接應(yīng)用于生產(chǎn)、使用、變換、分配、輸送及疏導(dǎo)電能的電氣設(shè)備的統(tǒng)稱，如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、接觸器、斷路器、電抗器、隔離開關(guān)、電力電纜、母線、輸電線路等均屬于電氣一次設(shè)備，由于電氣一次設(shè)備需直接承受動(dòng)力電壓和電流，因此，其對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定電壓值具有較高的要求，若電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)電力超出合理范圍現(xiàn)象，也即發(fā)生過電壓現(xiàn)象，便會(huì)損壞電氣一次設(shè)備的絕緣性，從而損壞電氣設(shè)備或?qū)е缕錈o法正常穩(wěn)定運(yùn)行，基于此，就需要設(shè)備管理人員積極探索電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施。

1電氣一次設(shè)備過電壓的危害

根據(jù)電氣一次設(shè)備電壓升高方式和發(fā)生區(qū)域的不同，過電壓可分為內(nèi)部過電壓和外部過電壓兩種類型，其中，內(nèi)部過電壓指的是由電氣設(shè)備自身所產(chǎn)生的內(nèi)部能量、操作人員對(duì)電器設(shè)備操作不當(dāng)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(huì)對(duì)電氣設(shè)備的正常使用和壽命產(chǎn)生諸多的不良影響，如內(nèi)部過電壓不僅會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓、電容參數(shù)發(fā)生改變，從而引發(fā)大面積的停電，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)損壞、燒毀、爆炸等安全隱患問題，從而會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的使用壽命及相關(guān)工作人員的人身安全、企業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展造成嚴(yán)重的不良影響，因此，就需要電氣設(shè)備管理人員全面分析電氣一次設(shè)備過電壓發(fā)生原因，并探尋有效的電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施，才能最大限度地降低電氣一次設(shè)備過電壓現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高電氣一次設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和保障其運(yùn)行的安全性，進(jìn)而才能促進(jìn)企業(yè)各項(xiàng)電力相關(guān)的生產(chǎn)活動(dòng)正常進(jìn)行[1]。

2過電壓產(chǎn)生的原因

（1）電力外輸線路的應(yīng)用。目前，我國(guó)大部分火電廠均是采用電氣一次設(shè)備與遠(yuǎn)距離高壓專用輸電線路相連的方式構(gòu)建電力外輸線路，這種電力外輸線路連接方式雖能有效提高電力系統(tǒng)的輸電效率，但是，受輸電路程遠(yuǎn)、輸電過程復(fù)雜及外部環(huán)境等因素的影響，比如系統(tǒng)電壓升高、頻率降低等情況，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)、變壓器產(chǎn)生過激磁現(xiàn)象，從而易導(dǎo)致電氣設(shè)備產(chǎn)生過電壓。另外，應(yīng)用電力外輸線路，在實(shí)際的輸電過程中，受外輸線路不對(duì)稱接地、電容效應(yīng)等因素的影響，也易導(dǎo)致遠(yuǎn)距離高壓專用輸電線在輸電過程中產(chǎn)生過電壓，從而會(huì)對(duì)線路上的電氣一次設(shè)備運(yùn)行造成一定的不良影響。一條供電線路兩端開關(guān)，其分閘時(shí)間總是存在著一定的差異，所以無論是正常操作還是故障跳閘，都有可能出現(xiàn)切除空載線路的情況，如果斷路器的滅弧能力不夠強(qiáng)，以至電弧在觸頭間重燃時(shí)，切斷空載線途經(jīng)電壓就比較多，電弧在觸頭間重燃是產(chǎn)生這種過電壓的根本原因，因此提高斷路器的滅弧性能，特別是提高切斷小電流的性能，可以減少甚至消除電弧重燃的可能性，從而減少過電壓。（2）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接。為了限制接地電流和阻止各種過電壓，火電廠通常采用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接高電阻接地的方式，這種高電阻的阻值通常在幾百歐至幾千歐之間，可以是直接在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和大地之間安裝一個(gè)大電阻，也可以在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和大地之間安裝一臺(tái)接地變壓器，變壓器一次側(cè)接發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)，變壓器二次側(cè)接上一個(gè)小電阻，一次側(cè)呈現(xiàn)的阻抗等于二次側(cè)的電阻乘以變壓器變比的平方，目前大機(jī)組的主流方式都是以變壓器接小電阻。以我廠配置為例，接地變壓器的變比為27/0.22kV,變壓器二次側(cè)的電阻為0.0882Ω,根據(jù)計(jì)算得出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻為1328.2Ω，采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地目的就是給故障點(diǎn)注入阻性電流，以提高接地保護(hù)動(dòng)作靈敏性，從而能有效預(yù)防和降低電氣一次設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)電壓過高問題，并且，其還能借助高電阻接地降低電網(wǎng)過電壓的幅值，由于中性點(diǎn)電阻相當(dāng)于給諧振回路的電容并聯(lián)了一個(gè)阻尼電阻，在阻尼電阻作用下，基本避免其發(fā)生諧振過電壓的可能[2]。（3）主變壓器側(cè)斷路器開斷空載?；痣姀S電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中常常會(huì)出現(xiàn)主變壓器側(cè)斷路器開斷空載的情況，當(dāng)主變壓器側(cè)斷路器發(fā)生開斷空載后，斷路器會(huì)將微弱的電流切斷，導(dǎo)致本來就不大的變壓器的空載電流被迫立即下降到零，于是在變壓器的激磁電感上，一側(cè)將產(chǎn)生很高的電壓，引起母線和線路上絕緣薄弱部分出現(xiàn)事故。（4）自然因素。風(fēng)、雨、雷、電等極端自然現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，由于雷電可與輸電線路直接接觸，因此，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的出線設(shè)備外部發(fā)生過電壓。如相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)，風(fēng)、雨、雷、電等極端自然現(xiàn)象是導(dǎo)致出電力系統(tǒng)現(xiàn)出線設(shè)備外部過電壓的最重要因素之一。

3過電壓的保護(hù)措施

設(shè)備內(nèi)部過電壓保護(hù)。由電力外輸線路、發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)連接等因素所致的過電壓均屬于設(shè)備內(nèi)部過電壓，針對(duì)設(shè)備內(nèi)部過電壓，一般采用人為控制方法進(jìn)行保護(hù)，具體保護(hù)方法為：（1）規(guī)避電氣設(shè)備老化引起的過電壓，電氣一次設(shè)備老化、采用單相接地方式是引發(fā)設(shè)備發(fā)生接地故障的重要原因，而接地故障又易引發(fā)設(shè)備出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，對(duì)此，就需要設(shè)備管理人員嚴(yán)格做好電氣一次設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)工作，盡可能延緩設(shè)備老化速率，同時(shí)還需加強(qiáng)接地設(shè)備檢修和預(yù)防性維護(hù)試驗(yàn)，一旦發(fā)生老化設(shè)備，需及時(shí)進(jìn)行更換。另外，還需根據(jù)單相接地時(shí)的正常相過電壓值，再設(shè)置合理的避雷設(shè)備和滅弧電壓，將設(shè)備的接地相電壓控制在正常電壓的0.8倍范圍內(nèi)，才能有效減少單相接地引起的過電壓現(xiàn)象。（2）規(guī)避突發(fā)事故引起的過電壓，電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，受一些突發(fā)事故的影響，也易導(dǎo)致系統(tǒng)電壓突然升高，從而易引發(fā)電氣一次設(shè)備發(fā)生過電壓，對(duì)此需要完善好設(shè)備配置，比如切斷線路和變壓器的開關(guān)需要選用帶有并聯(lián)電容的開關(guān)、電壓互感器盡量選用電容式電壓互感器、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地等。設(shè)備外部過電壓保護(hù)。導(dǎo)致電氣一次設(shè)備產(chǎn)生外部過電壓現(xiàn)象的最主要因素為遭受雷擊等極端自然因素的影響，對(duì)此，為防范和降低設(shè)備外部過電壓的發(fā)生，可采取以下保護(hù)措施：（1）強(qiáng)化出線設(shè)備保護(hù)，設(shè)備管理人員可采用架空方式架設(shè)出線設(shè)備，也即采用塔桿接地方式對(duì)出線設(shè)備進(jìn)行架設(shè)，這樣不僅能有效降低雷電直接擊中出線設(shè)備線路中絕緣子閃絡(luò)的次數(shù)和降低雷電擊中出線設(shè)備線路的概率，從而能有效保護(hù)出線設(shè)備線路行程，同時(shí)有效降低電氣一次設(shè)備跳閘的概率，從而能有效預(yù)防和降低設(shè)備過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。（2）在設(shè)備外部裝設(shè)多種防雷保護(hù)裝置，為降低雷擊對(duì)電氣一次設(shè)備運(yùn)行造成的不良影響和降低其外部過電壓現(xiàn)象發(fā)生率，設(shè)備管理人員還需在電氣一次設(shè)備外部裝設(shè)多種防雷保護(hù)裝置，如GIS設(shè)備、防雷接地、電容器組等，利用這些防雷保護(hù)裝置可對(duì)電氣一次設(shè)備進(jìn)行集中保護(hù)，從而能有效防范其因雷擊而發(fā)生過電壓危害。（3）針對(duì)變電系統(tǒng)的避雷器，25項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施要求每年在雷雨季節(jié)前后各進(jìn)行一次避雷器的帶電交流試驗(yàn)，每3年對(duì)避雷器進(jìn)行一次停電直流試驗(yàn)。每年要對(duì)廠房等建筑防雷設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)，每年要對(duì)全廠的接地網(wǎng)做引上線接地導(dǎo)通等，這些規(guī)范都是要嚴(yán)格執(zhí)行的。

4結(jié)語

電氣一次設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定電壓值具有較高的要求。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，受設(shè)備自身所產(chǎn)生的內(nèi)部能量、操作人員不當(dāng)及外部環(huán)境因素的影響，其常常會(huì)出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，一旦其發(fā)生過電壓現(xiàn)象，不僅會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命，同時(shí)還可能威脅相關(guān)工作人員的人身安全和給其企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)此，就需要設(shè)備管理人員積極探索電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施，如規(guī)避電氣設(shè)備老化、突發(fā)事故引起的設(shè)備內(nèi)部過電壓。通過強(qiáng)化出線設(shè)備保護(hù)及在設(shè)備外部裝設(shè)多種防雷保護(hù)裝置做好設(shè)備外部過電壓保護(hù)，做好主變壓器過電壓保護(hù)，利用這些措施將能有效防范和降低電氣一次設(shè)備過電壓發(fā)生率，從而有助于保障設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉錦忠.電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)問題探討[J].科技傳播,2014,6(21):84+108.

[2]吳德明,鄧鵬程.水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施探討[J].華中電力,2007(05):25-27.

作者：徐翔 單位：國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司