水电站电气过电压保护与技术改造措施

水电站电气过电压保护与技术改造措施

李朝新

（中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙410004）

摘要：随着社会经济水平的不断提升，工业生产与人民生活对于电能的需求不断增长，在此背景下，水利水电等一大批清洁能源在社会电能供应中所占的比例不断上升。水电站是重要的水利水电设施，对于电能生产的稳定性有着重要的影响。作为影响水电站运行安全性的重要因素之一，过电压问题始终是行业工作者们关注的重点。本文探讨了水电站电气过电压保护与技术改造措施的相关内容，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：水电站；电气；过电压保护；技术改造

引言：水电厂电力体系中广泛存在过电压现象，一旦发生过电压，常常导致电气设备的损害与大面积的停电事故，所以改善的过电压保护方法对于水电厂的运行非常重要。但是对与水电站而言，怎样选择与合理协调防护项目中各技术的工作是水电站面对的问题，所以，第一要搞清楚电气过压形成的因素、不一样过电压保护技术的特征，再依据不一样状况使用不一样的技术配合，以避免过电压对设备导致的损坏。

1.水电站电气系统中过电压类型

1.1大气过电压

雷电产生的大气过电压来自雷电流和雷电电磁场。对于水电站电气系统，大气过电压主要有以下三种:

(1)直击雷过电压，也称反击过电压。雷击水电站时，雷电流流经接地装置，造成接地点处地电位的升高，使设备外壳与设备的导电部分之间产生高电压差，高电压反击导致设备的损坏；同时，雷电流在流经引下线时也会产生高电位，造成对附近金属物或电气系统线路的反击。

(2)雷电侵入波。当雷电击中连接到水电站的户外架空线路时，则含直击雷电流的雷电波会沿线侵入；当雷云之间或雷云对地放电时，在附近的金属管线上产生感应过电压。该感应过电压会以行波的方式窜入室内，造成设备的损坏。

(3)感应过电压。雷击水电站或其近区时，在防雷引下线附近会形成极大的电磁场，处在电磁场中的导体会感应出较大的电动势，产生感应过电压；当带电的雷雨云出现时，与其对应的水电站会形成感应过电压。静电感应过电压是由电容性耦合产生的，电磁感应过电压是由电感性耦合产生的。对于水电站内的各种金属环路或设备，电磁感应大于静电感应。

1.2操作过电压

水电站电气系统发生操作过电压一般有以下几种情况:切断电感性负载而引起的操作过电压，如切断电动机等引起的过电压；切断电容性负载而引起的操作过电压，如切断电缆线路、电容器组等引起的过电压；电弧过电压，断路器、开关在开断过程中产生电弧，高频振动产生电弧过电压。与合闸相比，分闸会产生更高幅值的过电压。在切断过程中，负载侧的开关电涌比电源侧的开关电涌具有较大的振幅和能量。在低压系统中，操作过电压预期小于4kV。

1.3暂态过电压

暂时过电压有幅值和时间两个因素。过电压持续时间主要取决于电力系统的接地。在确定暂时过电压时，应考虑系统的最大持续工作电压。暂时过电压通常由事故引起，由三相供电系统故障引起的暂时过电压持续时间为0.O5-5s。低压系统中引起最严重的暂时过电压通常有以下几种情况:高压系统与地面之间的故障；低压系统中性导体中断；低压IT系统非正常接地；低压装置短路等。

1.4谐振过电压

在正常运行操作中谐振过电压出现频繁，其相对大的危害性；一旦发生过电压，常常导致电气设备损坏与大面积的停电事故。很多运行经验表明，中低压电网中过电压事故大部分都是由谐振情况所引发的。因为谐振过电压作用时间相对长，在选取保护措施方面导致困难。为了尽可能地避免出现谐振过电压，在设计与操作电网时，要提前实施必要的估算与安排，防止产生严重的串联谐振回路；或使用合理的预防谐振的措施。谐振过电压轻者令到TV的熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则持续避雷器爆炸、母线短路、厂用电失电等严重威胁电力系统与电气设备运行安全的事故。

2.水电站电气过电压保护与技术改造措施

2.1避雷技术改造应用

避雷针是防止直击雷的有效措施，其保护范围与避雷针高度和针数有关，如果需要更大更有效的保护范围，则采用多种避雷针。为了防止反击，独立避雷针接地电阻不得大于10Ω；对被保护物的空中距离不得小于5m；在地中，避雷针接地装置与被保护物接地装置距离不小于3m。符合这些要求，可避免反击，才能取得良好的防雷保护效果。

避雷线的组成与避雷针相似，小同的是接闪器为悬挂在空中水平的接线导体。当避雷线以外的线路遭遇雷击时，可以使得保护变压器的避雷器上的动作残压有所降低，原因是:其一，线路导线在雷电波作用下发生强烈的冲击电晕使雷电侵入波的波形变形和衰减，即雷电侵入波的陡度和幅值下降；其二，进线段导线本身波阻的作用，减小了避雷器的雷电流。因此，给电源进线上方架设避雷线保护更有利于避雷器与变压器的绝缘配合，由此使变压器的防雷更有效，作用更大。

避雷器的保护原理与避雷针不同，它实际上是一个放电器，与变压器并联，当作用在变压器与避雷器上的电压升高到一定程度，超过其放电电压后，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，保护了变压器。通常，避雷器选择使用的一个共同原则是:避雷器的额定电压应大于或等于避雷器安装地点的暂时过电压；变压器中性点避雷器的额定电压应大于或等于变压器的最高相电压。

2.2变压器中性点保护技术改造应用

当三相承受雷电波时，由于入射波和反射波的叠加，在变压器中性点上出

现的最大电压可达到避雷器放电电压的1.8倍左右，这个电压作用在中性点上会使中性点绝缘损坏，因此，变压器的中性点必须安装避雷器保护。变压器的中性点还应装设保护间隙。

大电流接地系统中的中性点不接地变压器，如中性点绝缘未按线电压设计，为了防止因断路器非同期操作，线路非全相断线，或因继电保护的原因造成中性点不接地的孤立系统带单相接地运行时，引起中性点避雷器爆炸和变压器损坏，应在变压器中性点装设棒型保护间隙或将保护间隙与避雷器并接。保护间隙的距离应按电网的具体情况确定。小电流接地系统中的变压器中性点一般不装设保护装置，但多雷区单进线变电所应装设保护装置。中性点接有消弧线圈的变压器，如有单进线运行的可能，也应在中性点装设保护装置。

2.3变压器的低压侧保护技术改造应用

在三相四线配电系统中，当雷击高压侧时，雷电流通过接地电阻时产生的压降和氧化锌避雷器的残压叠加在一起作用在变压器绕组上，容易击穿绝缘。当氧化锌避雷器的接地线和变压器的外壳连在一起并接地时，使作用在高压绕组上的电压只有氧化锌避雷器护套的残压，可能发生由外壳向变压器低压绕组的逆闪络。为了防止这种逆闪络，把变压器低压侧中性点也一同连接在外壳上，使低压侧电位也相应增高。这种把氧化锌避雷器护套接地引线、变压器中性点、外壳连在一起并接地的方法，即所谓三位一体；防雷接地保护法可有效的防止雷击造成的设备损害。

3.结论

综上所述，在实际的电力系统运行中，造成水电站电气设备过电压的原因多种多样，针对不同的原因，有不同的过电压保护措施。在实际的工作中，行业工作者应在保证设备正常运行的基础上，选择行之有效的技术改造措施，有效地防止过电压对水电站电气设备的危害，从而有效地保证系统的安全稳定运行。

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