水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨

周佳

（怀化沅江电力开发有限责任公司托口水电厂 湖南洪江 418200）

水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨

周佳

（怀化沅江电力开发有限责任公司托口水电厂 湖南洪江 418200）

一旦出现过电压，必定会对电气设备造成一定的损害，并且还会因此导致大范围的停电，这样一来，不仅会对电力系统的正常运行造成严重的影响，还会给人们日常生活带来不便。基于此，本文以水电厂电气设备为例，首先分析了过电压的概念、分类及特点，其次对过电压对水电厂电气一次设备的影响进行了一定的阐述，最后详细的研究了电气一次设备过电压保护措施，以供参考。

水电厂；电气设备；一次设备；过电压保护措施

1 引言

水电厂电力系统及人们日常生活电力系统的电压承受力具有一定的限制，如果电压超过系统既定额度，将会严重损坏电气设备，严重的还会引发大规模的停电事故，进而影响到人们的日常生活及企业的正常运营，最终造成极大的经济损失。此情况下，必须要积极采取一定的措施保护设备过电压，确保水电厂电气设备的正常运行。

2 过电压分类

2.1 外过电压

外过电压主要表现为雷电过电压与大气过电压，其主要是由于大气中的雷云对地面放电而导致的。对于外过电压，主要包括直击雷电过电压与感应雷过电压两种。其中，雷电过电压持续时间大约达几十微秒，并且具备脉冲特征，所以又被称为雷电冲击波。同时，对于直击雷过电压，其主要指雷闪直接击中电力设备导电部位时所出现的过电压，而雷闪击中带电的导体，例如架空输电线路导线，则被称为直接雷击。

此外，如果雷闪击中处于正常接地状态的导体，例如输电线路铁塔，能够使得导体电位升高之后再次对带电的导体放电，这称为反击。通常情况下，直击雷过电压幅值可达上百万伏，会对电力设备绝缘造成严重的破坏，进而引发短路接地故障。对于感应雷过电压，主要表现为雷闪击中电力设备周围地面，在放电过程中，由于空间电磁场的急剧变化，使得未直接遭受雷击电力设备上感应出的过电压。由此可知，要想有效防护架空输电线路，必须在其上方架设避雷线与接地装置等。

2.2 内过电压

内过电压主要是指电力系统内部运行方式出现改变而导致的过电压，主要包括暂态过电压、操作过电压以及谐振过电压。其中，对于暂态过电压，其主要是由于断路器操作或发生短路故障，使得电力系统过渡过程以后重新达到某种暂时稳定情况时而出现的过电压，所以又被称为工频电压升高。常见现象主要有以下几种：①空载长线电容效应。此种效应是指在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使得沿线电压分布不等，此情况下，末端电压最高。②不对称短路接地。当三相输电线路a相短路接地故障时，b、c相上的电压会出现升高的现象。③甩负荷过电压。此类电压主要是指当输电线路出现故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势未能及时自动调节而导致的过电压。

此外，对于操作过电压，其主要是由于断路器操作或发生突然短路而导致的衰减较快持续时间较短的过电压，通常可表现为：①空载线路合闸与重合闸过电压。②切除空载线路过电压。③切断空载变压器过电压。④弧光接地过电压。而对于谐振过电压，其主要是由于电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。按照其发生的原因，可将其分为线性谐振过电压、铁磁谐振过电压与参量谐振过电压。

3 水电厂电气一次设备的过电压保护措施

3.1 励磁变压器保护

（1）充分利用氧化锌的电阻能力。通常情况下，氧化锌的电阻不会出现导通的情况，但会发生连续性动作，以避免非线性电阻的老化，进而引发短路故障。通过相关研究发现，非线性电阻的吸收能力具有一定的限制，而100MHz的连续过电压是最高层次的吸收限度。

（2）氧化锌对于多数电压的吸收，目前，国家已经制定并实施了有关标准与规范，以此来控制励磁变压器的过电压保护。一般情况下，避雷器仅能够在一定程度上发挥对励磁变压器的保护作用，主要原因在于普通避雷器绝缘程度较低，在产生过电压时，往往会对绝缘部位产生传统的效果，进而直接损伤励磁变压器。

要想有效保护励磁变压器的绝缘功能，必须重视以下事项：①对于二次电压，其通常会随着参数的变化而改变，市面上目前还没有有效的产品。②目前情况来看，100MHz幻想过电压一般是利用组容器来限制其最终造成的损害。

特殊情况下，组容器的里侧绕组会产生过电压，之后二极管就会向电容充电，通过此种缓冲方式，可有效减弱过电压产生的冲击作用。等到过电压逐渐变小时，电容就会向电阻释放电荷，以此来为之后的过电压再次临时吸收的顺利进行提供便利。

3.2 放电间隙保护

对于间隙的保护，一般利用简单的防雷保护装置进行，其主要构成要素为2个金属电极，其中的一头连接带电的导线，并固定在绝缘子上，另外一头则穿过辅助间隙与接地装置连接，这两个电极间存在一定的间隙距离。防雷保护装置的构造较为简单，维护也较为便利，但其自行灭弧能力不强。

对于保护装置间歇结构，主要包括棒形、球形及角形三种，这三种形态的结构各有优缺点，具体如下：①棒形的伏秒特性极其陡，几乎无法满足设备绝缘要求。②相比于其他两种间歇结构，虽然球形保护装置的伏秒特性要平坦一些，并具有良好的保护性能，但端头部位极容易发生烧伤事故。一旦烧伤，必定会扩大电极间的间歇距离，进而对作业的精确性造成影响。③球形保护装置综合了上述两种设备的优势。近年来，其在我国过电压防护领域中获得了十分广泛的应用。

3.3 出线过电压保护

3.3.1 GIS配电装置出线过电压保护配置

对于与GIS管道连接的架空线路，需要确保其进线端保护长度超过2km。同时，在220kV及以下GIS配电装置架空线路的出线连接部位，还应当进行出线侧避雷器Fl的安装与设置，但严禁将母线避雷器安装在母线上。对于220kV、110kV进线有电缆段的GIS变电所，应当将金属氧化物避雷器安装在电缆段与架空线路连接处，并且还要将接地端连接电缆金属外皮。

对于三芯电缆末端金属外皮，应当与GIS管道金属外壳连接接地。而对于单芯电缆，则应当利用金属氧化物电缆护层进行接地。对于电缆末端与变压器或者是GIS一次回路的任意电气部分之间的最大电气距离，需确保其不大于130m。对于连接电缆线的2km架空线路，应当架设避雷线，并将其作为进线段进行保护。

3.3.2 AIS配电装置出线过电压保护配置

对于35～220kV架空线路，应进行进线段保护装置的安装。对于新建35～220kV变电站出线部位，应当在变电站内安装、设置出线侧避雷器。对于已建设35～220kV变电站出线部位，应当在变电站内增加出线侧避雷器的安设。但如果条件不允许，可在出线终端塔上安装出线侧避雷器。

而如果变电站所有出线位置处均已安设了避雷器，此时不需要在母线上安装避雷器，但需要对极端运行模式下的保护距离进行校核，如果不能满足工程要求，应当进行母线避雷器的安装。此外，对于220kV及以下架空线路、电缆混合线路，在电缆与架空线路连接部位，应当安装避雷器F1，并且还要将其接地端连接电缆金属外皮。

4 结语

综上所述，水电站电气一次设备性能的平稳直接影响着水电站的顺利运营，一旦出现过电压，将会打破电网的稳定状态，不仅会损坏电气设备，严重的还会导致大规模停电。针对此种情况，必须及时采取合理的措施进行一定的保护，为电气一次设备的运行提供稳定的工作电压，最大限度的降低设备使用年限的损耗，确保电气设备的长期稳定运行。

[1]黄 萍.110kV变电站防雷保护探析[J].企业科技与发展，2012（19）：37～39.

[2]陈东明.水电站电气设备布置的技术分析[J].文摘版：工程技术，2015（38）：125.

[3]汤世强.关于电气一次设备的过电压保护策略解析[J].科学与财富，2015（22）：401.

TM862

A

1004-7344（2016）08-0051-02

2016-2-14

周佳（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事电气一次及可靠性工作。