电气工程一次设备过电压保护措施的分析

李冬玉 宁夏汇才工程服务有限公司

长期以来，我国电网大多采用中性点不接地的运行方式。此类运行方式的电网在发生单相接地时，故障相对地电压降低，非故障相的对地电压将升高3.5倍相电压甚至更高，这就需要PT饱和特性要好，即饱和点要高；某电气工程一次设备中由于过电压引起PT烧毁、高压熔丝熔断等问题却一直没有得到解决，尤其是某电气工程一次设备，从投运以来PT已连续十几年在系统接地后发生多次烧毁现象，同时高压熔断器也频繁熔断，严重威胁着设备及电网的安全运行。

一、电气一次设备过电压的危害

根据电气一次设备电压升高方式和发生区域的不同，过电压可分为内部过电压和外部过电压两种类型，其中，内部过电压指的是由电气设备自身所产生的内部能量、操作人员对电器设备操作不当引起的过电压，外部过电压指的是由雷云放电引起的过电压。无论何种类型的过电压均会对电气设备的正常使用和寿命产生诸多的不良影响，如内部过电压不仅会导致电力系统的电压、电容参数发生改变，从而引发大面积的停电，同时还会导致电气设备在运行过程中出现损坏、烧毁、爆炸等安全隐患问题，从而会对电气设备的使用寿命及相关工作人员的人身安全、企业的健康稳定发展造成严重的不良影响，因此，就需要电气设备管理人员全面分析电气一次设备过电压发生原因，并探寻有效的电气一次设备过电压保护措施，才能最大限度地降低电气一次设备过电压现象的发生，从而提高电气一次设备运行质量和保障其运行的安全性，进而才能促进企业各项电力相关的生产活动正常进行。

二、电气工程一次设备过电压保护措施

（一）对保护器的维护应严格规范

过电压保护器不仅决定着输电线路能否正常运行，而且对线路的运行起着非常重要的作用。虽然保护器的种类很多，但任何一种保护器都是为了保证输电线路的正常运行，而安装过电压保护器也是为了达到这一目的。过电压保护器能否正常运行，发挥其对线路保护的积极作用，关系到施工人员的安装和后期的维护保养。因此，维护人员在设备运行阶段必须严格按照规范和要求维护和保养过电压保护器。检查过程中一旦发现故障，必须制定积极有效的故障排除措施，确保过电压保护器的安全运行不受影响。科学合理地安装保护器，从根本上降低了保护器后期运行中发生故障的概率。

（二）主变压一次设备过电压的具体保护措施

现阶段，主变压一次设备的过电压参数的主要影响因素包括两种：一是空载变压设备开断；二是短路系统实际灭弧能力。据相关调查显示，变压设备的磁场能在全部转变为电能时，绕组电容测量得出的电压值达到峰值。为此，电力生产单位可以选择装设纠结式绕组，来提高绕组的电容容量，同时采用直接接地的方式来保护主变高压器，并将一组避雷设备安装在主变低压PT柜内，最大限度的避免设备遭受电击的次数，为供电系统的稳定、安全运行提供技术支持。

（三）避雷器手车改造

在避雷器手车中安装宽频电压传感器和熔断器；在避雷器手车面板右上方安装数据电缆转接头，在仪表门上加装EPO控制器；通过工控机系统，利用DSP数字处理器和高速FPGA处理的PCI接口采样卡，实时分析处理瞬态、暂态过电压波形，并记录、分析过电压类型和波形。具有频率高20MHz、响应速度快、数据不失真、数据存储容量大和人机交互界面友好同时配有USB接口和103规约接口，便于用户现场读取数据或后台数据通讯并且可以短信通知用户，主要有高压限流熔断器、宽频电压传感器、控制器、交换机、工业控制计算机组成。

（四）设备外部过电压保护

导致电气一次设备产生外部过电压现象的最主要因素为遭受雷击等极端自然因素的影响，对此，为防范和降低设备外部过电压的发生，可采取以下保护措施：（1）强化出线设备保护，设备管理人员可采用架空方式架设出线设备，也即采用塔杆接地方式对出线设备进行架设，这样不仅能有效降低雷电直接击中出线设备线路中绝缘子闪络的次数和降低雷电击中出线设备线路的概率，从而能有效保护出线设备线路行程，同时有效降低电气一次设备跳闸的概率，从而能有效预防和降低设备过电压现象的发生。（2）在设备外部装设多种防雷保护装置，为降低雷击对电气一次设备运行造成的不良影响和降低其外部过电压现象发生率，设备管理人员还需在电气一次设备外部装设多种防雷保护装置，如GIS设备、防雷接地、电容器组等，利用这些防雷保护装置可对电气一次设备进行集中保护，从而能有效防范其因雷击而发生过电压危害。（3）针对变电系统的避雷器，25项应对措施要求每年在雷雨季节前后各进行一次避雷器的带电交流试验，每3年对避雷器进行一次停电直流试验。每年要对厂房等建筑防雷设施进行检测，每年要对全厂的接地网做引上线接地导通等，这些规范都是要严格执行的。

（五）电气系统装设的过电压保护对策

发电厂供电系统装设形式的不同，采用的过电压保护技术手段也存在差异。如，电气设备定额电压为500 kV时，可以选择两端并联的系统装设形式，出线平台可以利用GIS母线装置，加强对联合抗电气的控制，因为变压器和带电感应器存在电压上互相 制约的关系，可以有效保证母线进行正常的生产操作。与此同时，应注意天气情况的变化，对不通过天气环境下电气系统的保护技术进行科学选择、应用，在设计过程中，应结合实验数据，对电气参数进行确定，然后选择特定性能的避雷装置，确保设备过电压超出避雷装置过电压水平。

（六）电压互感器及避雷器手车改造

保留原PT柜中PT手车、壳体和部分附件，在原PT手车中增加一次消谐器和智能开关；原PT柜中增加专用过电压吸收器，取代避雷器；在仪表门上加装配电聚优控制器。解决系统过电压类产品解决不彻底的过电压，有效平缓过电压的上升前沿并削平过电压尖峰，并且能够耐受一定的过电压所产生的大量能量，把过电压限制在系统绝缘水平范围内。同时，能有效的抑制接地恢复时涌流对电压互感器及PT高压熔断器的损害，更进一步保护电压互感器。主要由电压互感器、高压限流熔断器、专用过电压吸收器、智能开关、一次消谐器组成。

（七）电气设备内部的过电压防护措施

对设备内部的过电压进行保护与控制，是有效降低设备运行风险的重要举措，现阶段，内过电压的防护包括两方面。（1）对负荷突变情况进行控制。在电网运行过程中，导致负荷变化的主要因素是由于突发故障引发的电压值短时间内大幅度升高。因此，技术人员科学制定突发故障的应对方案。一方面，应在电气设备的周围安装励磁系统，对电枢反应进行实时控制；另一方面，还要运用限制空载线路来科学有效的控制长线路电容效应，综合应用两种方法，可以有效控制突发事故带来的危害影响。（2）做好设备常规检测与维护工作。目前，供电系统整体压力的提升，部分设备在高负荷、长时间的使用过程中，容易出现老化、损坏情况，导致接地故障，从而出现过电压情况。因此，发电厂会根据实际情况，通过数据计算，并参考单相接地时的正常相过电压值，设定合适的避雷设备灭弧电压。

（八）升级更换保护器

谐波是造成10kV输电线路保护器故障的主要因素。因此，在施工过程中保护器的选择就显得尤为重要。与传统过电压保护器相比，新型过电压保护器在传统过电压保护器的基础上得到了进一步的改进，既充分发挥了传统过电压保护器的特点，又在传统过电压保护器的基础上进行了进一步的创新和改革，实现了有效降低各种不确定因素对线路正常运行的影响。此外，新型过电压保护器具有自动分离功能，有效地保护了输电线路的正常运行。因此，在10kV输电线路中应用新型过电压保护器，降低线路运行过程中发生故障的概率是非常重要的。

三、结语

总而言之电气工程一次设备过电压保护的改进控制策略具有有效性和可行性，对提高电气工程一次设备的运行安全性和可靠性有着一定的实际意义。