浅谈电气一次设备过电压保护

浅谈电气一次设备过电压保护

刘云霞

广西泰能工程咨询有限公司 广西南宁

【摘要】电力的发明和广泛使用改变了人们的生活和生产方式，电力系统的发展也成为一个国家综合能力的重要标志。不管是人们的生活还是生产，都对电力系统的应用提出了很高的要求，一旦电压超过限度，就会损坏到电气设备，并且产生大规模停电问题，带来严重的经济损失。要保障电力系统的有效运行，就需要采用有效的保护对策，让电压保持在安全水平中。在本文中，主要是针对电气一次设备过电压，分析主要的保护对策，希望为相关研究提供参考，充分保护电力系统。

【关键词】电气；一次设备；过电压；保护

一、过电压概念

过电压是指工频下交流电压均方根值升高,超过额定值的10%,并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象。按照电压升高的位置和方式，过电压能够划分成为两种，即内部过电压和外部过电压。内部过电压就是电气设备自己生成的内部能量，外部过电压则是因为雷云放电产生的过电压。在内部电压中，可以划分成操作过电压和谐振过电压，前者是因为操作原因导致的，产生的几率小，时间比较短。在电气设备中，产生过电压现象之后，电力系统就自行断电，如果出现了长时间的过电压问题，就会造成电气设备的绝缘损坏，导致出现大面积停电现象，影响到人们的日常生活用电和生产用电。因此，加强对电气一次设备过电压的保护尤为重要。

二、过电压产生的原因

（一）电力外输线路原因

一些发电厂、变电站中，远距离高压专用输电线路是主要的外输线路形式，因为输电路程比较远，并且情况很复杂，因此必须进行重点保护。在电厂的运行中，发电机十分可能出现励磁现象和问题，在物理学的理论中，励磁现象可能造成电磁扰动，促进电气设备产生过电压。另外，在其他的因素影响下，例如电容效应和不对称接地等，输电线路空长线也会产生过电压。

（二）出线设备原因

在一些特殊的天气条件下，例如风雨雷电，这些都是容易导致外部过电压的主要因素，并且在实际的工作中，都能够对发电厂、变电站电网路线造成很大的影响，特别是在雷电情况下。雷电能够和输电线路进行直接的接触，这就可能造成电力系统跳闸问题，对输电线路产生严重的影响。

（三）主变压器原因

在发电厂、变电站的主变压器中，断路器产生开断空载十分常见，在这样的状况下，就会产生断路器切断微弱电流，按照物理学的有关知识可知，如果磁场能量可以全部转化成电能，那么绕组之上的电容电压会到达最大值，并且过电压和主变励磁以及绕组电压成正比，这就表明，绕组和主变励磁对电压值高低有着直接的影响，因此，主变压器也是产生过电压的一个原因。

（四）发电机的中心点原因

在电厂中，都是将一个高电阻接变压器上连接发电机的中性点，然后再将分别这两个设备接地使用。变压器的变比值相对较高，可以阻止电气设备发生过电压过高的现象，这样就可以将发电机中性点的绝缘压力降低；与此同时，有的工厂会通过变压器减少电压值的变化幅度，来避免谐振过电压的产生，然而这种措施很可能由于电气设备存在绝缘地带，而对使用寿命带来极大影响。

三、电气一次设备过电压保护策略

（一）避免雷击过电压保护

在实际中，雷电是主要的产生外部过电压的因素，可以通过以下两种形式来预防：

(1)保护出线设备(参考图1)，在发电厂、变电站中，利用架空形式架设出线设备，这样就可以将雷电对线路绝缘子闪络击中的次数，从而减少雷电和线路接触的机会，防止设备跳闸，避免电气设备过电压的产生。雷电击中的高建筑物的概率和杆塔高度、接地电阻等等息息相关。因此，在架空出线时，发电厂、变电站会有试验分析，选择合理的塔杆接地，从有效减少雷电造成的破坏。

(2)发电厂、变电站为了多重保护，除了其他防雷保护装置的设置，并且设置了避雷装置，有保护间隙、防雷接地、避雷器、SPD等，使用这些方式能够显著减少电压损失。

图1

（二）设备内部过电压保护策略

内部过电压能够人为进行控制，因此，在发电厂、变电站中会使用多种方式来防止内部过电压生成，主要可以从以下两个方面见：

（1）避免负荷突变。在实际过电压操作中，一些突发事故都可能造成电压骤然升高，造成电气设备过电压问题，因此，必须要有效地防止突发事故的产生，做好预备处理。首先，要在电机侧安装励磁系统，对电枢反应进行控制。然后，使用限制空载线路，对长线路电容效应进行控制。将这两种方式进行协同使用，能够避免突发事故造成的损失。

（2）防止负荷突变。在过电压的操作中，因为一些电气设备老化问题导致接地故障比较普遍。发电厂、变电站电力系统内的单相接地最为产生接地故障和其他的事故，因此，要根据实际的状况，计算好数据，对单相接地正常过电压值进行计算，采用避雷设备灭弧电压。水电站一般采用单相接地时，避雷器在直接接地时，其电压是正常电压的0.8倍，可以防止避雷针处在正常电压环境中，提高避雷针以及电气的使用寿命。

（三）主变压器的过电压保护措施

在主变压器中，其过电压和开断空载变压器有着直接的关系，同时和断路器灭弧能力有着关联，因此，要做好过电压的控制，首先要控制这两个因素。在W=0.5·LB·I02+0.5X以及能量守恒定律中可以，如果磁场可以直接完全转化成电能，那么绕组电容电压值最大，因此，在发电厂、变电站中，要选择使用哪种纠结式绕组增强绕组电容容量，并且使用直接接地的形式保护好主变高压器，在主变低压PT柜中安装一组避雷设备，能够有效防止主变低压侧被雷击，达到安全生产的标准，同时也能够节约投资成本。

四、结束语

在当前，我国经济不断发展，工农业生产也不断加速，这些都导致我国对电量的需求不断增加。在电力、交通和水利基础建设发展中，发电厂、变电站的压力越来越大，这就直接引发了一系列的问题，例如电气设备使用寿命大大降低，造成大面积断电，直接威胁着人类的财产安全，对市民生产和生活造成很大阻碍。因此，本文分析了发电厂、变电站的过电压问题，分析了一系列的过电压保护对策，希望给发电厂、变电站的过电压研究带来参考。

【参考文献】

[1]电力工程设计手册（变电站设计） 中国电力出版社 2019.

[2]交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 中国计划出版社 2014.

[3]张文霞.电气一次设备过电压保护方案分析与研究[J].信息系统工程,2017(12):33.