電氣工程一次設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)措施的分析

摘 要：本文闡述了電氣一次設(shè)備過(guò)電壓的危害，分析了電氣一次設(shè)備過(guò)電壓的原因，提出了電氣一次設(shè)備過(guò)電壓的保護(hù)措施，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。

關(guān)鍵詞：電氣一次設(shè)備;過(guò)電壓;保護(hù)措施

引言

電氣一次設(shè)備（Electrical primary equipment）是可直接應(yīng)用于電能的生產(chǎn)、使用、轉(zhuǎn)換、分配、傳輸和分流的一類電氣設(shè)備的總稱，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(kāi)關(guān)、電力電纜、母線和輸電線路等。都屬于電氣一次設(shè)備，需要直接承受動(dòng)態(tài)電壓和電流，因此對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電壓值有更高的要求。電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果功率超過(guò)合理范圍，即發(fā)生過(guò)電壓，會(huì)損壞電氣一次設(shè)備的絕緣，從而損壞電氣設(shè)備或使其不能正常穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，設(shè)備管理者有必要積極探索電氣一次設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)措施。

1電氣設(shè)備過(guò)電壓危害

根據(jù)一次電氣設(shè)備的不同升壓方式和發(fā)生區(qū)域，過(guò)電壓可分為內(nèi)部過(guò)電壓和外部過(guò)電壓，其中內(nèi)部過(guò)電壓是指電氣設(shè)備自身產(chǎn)生的內(nèi)部能量和操作人員對(duì)電氣設(shè)備操作不當(dāng)引起的過(guò)電壓，外部過(guò)電壓是指雷云放電引起的過(guò)電壓。無(wú)論何種過(guò)電壓都會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的正常使用和壽命產(chǎn)生諸多不利影響。例如，內(nèi)部過(guò)電壓不僅會(huì)引起電力系統(tǒng)電壓和電容參數(shù)的變化，導(dǎo)致大規(guī)模停電，還會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中損壞、燃燒和爆炸等安全隱患。因此，它將對(duì)電氣設(shè)備的使用壽命、相關(guān)人員的人身安全以及企業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。因此，電氣設(shè)備管理人員有必要全面分析電氣一次設(shè)備過(guò)電壓的原因，探索電氣一次設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)的有效措施，以最大限度地減少電氣一次設(shè)備過(guò)電壓的發(fā)生，提高電氣一次設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，確保其運(yùn)行安全，進(jìn)而促進(jìn)企業(yè)各種電力相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)的正常運(yùn)行。

2過(guò)壓原因

（1）輸電線路的應(yīng)用。目前，我國(guó)大多數(shù)火力發(fā)電廠都是通過(guò)電氣一次設(shè)備與長(zhǎng)距離高壓專用輸電線路相連接來(lái)建設(shè)輸電線路的。雖然這種連接方式可以有效提高電力系統(tǒng)的傳輸效率，但由于傳輸距離長(zhǎng)、傳輸過(guò)程復(fù)雜以及系統(tǒng)電壓升高、頻率降低等外部環(huán)境的影響，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和變壓器過(guò)勵(lì)磁，容易導(dǎo)致電氣設(shè)備過(guò)電壓。此外，輸電線路的應(yīng)用在實(shí)際傳輸過(guò)程中，受到輸電線路不對(duì)稱接地、電容效應(yīng)等因素的影響，也容易導(dǎo)致長(zhǎng)距離高壓特種輸電線路傳輸過(guò)程中的過(guò)電壓，從而對(duì)線路上電氣一次設(shè)備的運(yùn)行造成一定的不利影響。供電線路兩端的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)間總是有一定的差異，所以無(wú)論是正常運(yùn)行還是故障跳閘，都有可能切斷空載線路。如果斷路器滅弧能力不夠強(qiáng)，使觸頭間電弧重燃，就會(huì)有更多的電壓切斷空載線路，觸頭間電弧的重新引燃是造成這種過(guò)電壓的根本原因。因此，提高斷路器的滅弧性能，尤其是切斷小電流的性能，可以降低甚至消除電弧重燃的可能性。

（2）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接。為了限制接地電流，防止各種過(guò)電壓，火電廠通常采用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)高阻接地的方式，通常在幾百歐姆到幾千歐姆之間?？梢灾苯釉诎l(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與地面之間安裝大電阻，也可以在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與地面之間安裝接地變壓器。變壓器的一次側(cè)接一個(gè)小電阻，一次側(cè)的阻抗等于二次側(cè)的電阻乘以變比的平方，這是目前大型機(jī)組的主流，以我廠的配置為例，接地變壓器的變比是27/0.22kV，變壓器二次側(cè)的電阻是0.0882ω。根據(jù)計(jì)算，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地電阻為1328.2ω。中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的目的是向故障點(diǎn)注入阻性電流，提高接地保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，從而有效防止和減少電氣一次設(shè)備運(yùn)行中的過(guò)電壓?jiǎn)栴}。還可以借助高阻接地降低電網(wǎng)過(guò)電壓的幅值。因?yàn)橹行渣c(diǎn)電阻相當(dāng)于在諧振電路的電容上并聯(lián)一個(gè)阻尼電阻，在阻尼電阻的作用下基本避免了諧振過(guò)電壓的可能[2]。

（3）主變側(cè)斷路器斷開(kāi)，空載。在火電廠電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生主變壓器側(cè)斷路器開(kāi)斷空載的情況。當(dāng)主變側(cè)斷路器斷開(kāi)空載時(shí)，斷路器會(huì)切斷微弱電流，導(dǎo)致不太大的變壓器空載電流立即降至零。因此，變壓器勵(lì)磁電感的一側(cè)會(huì)產(chǎn)生高電壓，導(dǎo)致母線和線路絕緣薄弱部位發(fā)生事故。

（4）自然因素。風(fēng)、雨、雷電、電等極端自然現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)跳閘，而且由于雷電可以直接接觸輸電線路，還會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)出線設(shè)備外部過(guò)電壓。相關(guān)研究證實(shí)，風(fēng)、雨、閃電、電等極端自然現(xiàn)象是導(dǎo)致電力系統(tǒng)出線設(shè)備外部過(guò)電壓的最重要因素之一。

3過(guò)電壓保護(hù)措施

設(shè)備中的過(guò)壓保護(hù)。輸電線路、發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)連接等因素引起的過(guò)電壓都是設(shè)備內(nèi)部過(guò)電壓。對(duì)于設(shè)備內(nèi)部過(guò)電壓，一般采用人工控制方式進(jìn)行保護(hù)。具體保護(hù)方法如下：（1）避免電氣設(shè)備老化引起的過(guò)電壓，一次電氣設(shè)備老化和采用單相接地是設(shè)備接地故障的重要原因，接地故障容易導(dǎo)致設(shè)備過(guò)電壓現(xiàn)象。設(shè)備管理人員要嚴(yán)格維護(hù)保養(yǎng)一次電氣設(shè)備，盡可能延緩設(shè)備老化速度，加強(qiáng)接地設(shè)備的大修和預(yù)防性維護(hù)試驗(yàn)。一旦設(shè)備老化，需要及時(shí)更換。此外，單相接地時(shí)應(yīng)根據(jù)正相過(guò)電壓值設(shè)置合理的防雷設(shè)備和滅弧電壓，設(shè)備的接地相電壓應(yīng)控制在正相電壓的0.8倍以內(nèi)，以有效減少單相接地引起的過(guò)電壓現(xiàn)象。（2）避免意外事故引起的過(guò)電壓。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，受一些意外事故的影響，容易引起系統(tǒng)電壓的突然升高，從而容易導(dǎo)致電氣一次設(shè)備過(guò)電壓。因此，需要改進(jìn)設(shè)備配置，如用并聯(lián)電容器切斷線路和變壓器，盡可能選擇電容式電壓互感器作為電壓互感器，中性點(diǎn)通過(guò)電阻接地。

設(shè)備的外部過(guò)壓保護(hù)。導(dǎo)致電氣一次設(shè)備外部過(guò)電壓的最重要因素是雷擊等極端自然因素的影響。因此，為了防止和減少設(shè)備外部過(guò)電壓的發(fā)生，可以采取以下保護(hù)措施：（1）加強(qiáng)對(duì)出線設(shè)備的保護(hù)，設(shè)備管理人員可以架空方式架設(shè)出線設(shè)備，即桿塔接地方式架設(shè)出線設(shè)備。這樣不僅可以有效降低設(shè)備出線雷擊絕緣子閃絡(luò)的次數(shù)和概率，從而有效保護(hù)設(shè)備出線，還可以有效降低電氣一次設(shè)備跳閘的概率，從而有效防止和降低設(shè)備過(guò)電壓。（2）設(shè)備外部安裝各種防雷裝置。為了減少雷擊對(duì)電氣一次設(shè)備運(yùn)行的不利影響和外部過(guò)電壓的發(fā)生，設(shè)備管理人員需要在電氣一次設(shè)備外部安裝各種防雷裝置，如GIS設(shè)備、防雷接地、電容器組等。這些防雷裝置可用于電氣一次設(shè)備的集中保護(hù)，從而有效防止雷擊造成的過(guò)電壓危害。（3）對(duì)于變電站系統(tǒng)的避雷器，25項(xiàng)對(duì)策要求每年雷雨季節(jié)前后進(jìn)行避雷器帶電交流試驗(yàn)，避雷器DC試驗(yàn)每三年進(jìn)行一次。工廠等建筑物的防雷設(shè)施每年都要進(jìn)行檢測(cè)，全廠接地網(wǎng)都要接地導(dǎo)通。這些規(guī)范要嚴(yán)格執(zhí)行。

4結(jié)束語(yǔ)

電氣一次設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電壓值要求很高。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于設(shè)備自身產(chǎn)生的內(nèi)部能量、操作人員不當(dāng)以及外部環(huán)境因素的影響，經(jīng)常會(huì)發(fā)生過(guò)電壓。一旦發(fā)生過(guò)電壓，不僅會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命，還會(huì)威脅到相關(guān)人員的人身安全，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，設(shè)備管理人員有必要積極探索一次電氣設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)措施，如避免電氣設(shè)備老化和意外事故引起的內(nèi)部過(guò)電壓。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)出線設(shè)備的保護(hù)，在設(shè)備外部安裝各種防雷裝置，可以做好主變壓器的過(guò)電壓保護(hù)。這些措施可以有效防止和降低電氣一次設(shè)備的過(guò)電壓發(fā)生率，從而有助于保證設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉錦忠.電氣一次設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)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(guò)電壓保護(hù)措施探討[J].華中電力，2007（05）：25-27.

作者簡(jiǎn)介：

杜興，男，1987.01.09，本科學(xué)歷（電氣工程及其自動(dòng)化），漢族，籍貫遼寧錦州，電氣工程師，研究方向：電氣工程技術(shù)。