水电厂电气一次设备过电压保护研究

陈喜坤

摘要：水电厂是我国电力事业发展中必不可少的一部分。水力发电厂的运行管理十分复杂，在实际的运行过程中常常出现各种故障问题，由于受到一些人为因素和客观因素的影响，电气一次设备常常出现过电压的现象，进而影响水电厂发电效率，因此，加做好电气一次设备的保护管理十分重要。本文简单对过电压故障进行了分析，并探讨了水电厂电气一次设备过电压保护策略。

关键词：水电厂；电气一次设备；过电压；保护

引言

随着社会经济的快速增长，我国用电需求量逐渐提高，为了满足社会发展的要求，国家加大了对水电厂的投资，人民用电得到了进一步保障，因此，水电厂是我国电力事业发展中必不可少的一部分。水电厂中电气一次设备的性能平稳与否直接关系到水电厂的正常运行，过电压造成的电网不稳定，轻则烧毁电气设备，重则造成大规模停电，会为水电厂带来巨大的经济损失。针对复杂多样的过电压类型，需要采取合适的措施进行保护。只有为电气一次设备提供平稳的工作电压，才能尽可能少的损耗其寿命，从而保证电气设备的长期运行。

1水电厂电气一次设备过电压分析

1.1基本概念

过电压是超过正常工作电压一定幅度的电压，这个幅度有大有小，小幅度的过电压仅会对设备保护部分造成一定的损害，只有长期积累才会造成明显伤害。虽然电气设备在发生过电压现象后，电力系统会自行断电，但是如果长期的产生过电压，则可能影响电气设备寿命，对于那些超过幅度较大的过电压，将会对设备的绝缘部分造成毁灭性的伤害，失去了绝缘部分的保护，设备电路直接暴露在过电压的攻击下，造成设备损坏，更会造成大面积突然停电，给日常生活用电和生产供电造成很大的影响。因此，对电气一次设备过电压保护工作非常有必要。

1.2过电压特点

电气一次设备的过电压主要分为内部过电压和外部过电压。所谓内部过电压，即由电气设备自身所产生的内部能量转化和传递形成的，主要包括：第一，谐振过电压，能够直接伤害中低压电网，使其运行异常，由于谐振过电压持续时间长，导致维护措施很难进行。目前针对谐振过电压的处理，一般都是在设计电路时对可能出现其中的问题级伤害程度进行预估，将谐振过电压造成的危害尽可能的削弱；第二，操作过电压，因为操作原因形成过电压，一般是开关操作，由于操作过电压没有确切的规律，因此很难进行预防和控制，在某些特殊条件下，操作过电压的电压数值会成倍增长；第三，工频过电压，通常存在于有一定长度的电气电路中，多是由于电容效应或电网运行变化引起的，对于电气设备造成的伤害比较弱，是危险性较小的过电压状态。所谓外部过电压，是由雷云放电引起的过电压，对于不受电气设备自身等级影响，外部过电压的高低程度主要受制于雷击程度的强弱，要想改变其影响程度，只能加强电气设备对于雷击的承受度。

2水电厂电气一次设备过电压保护策略

2.1放电间隙过电压保护

对于间隙的保护，通常是采用简单的防雷装置进行保护，这种保护装置一般是由2个金属电极组合而成，一头连接带电导线并固定于绝缘子上，另一头穿过辅助间隙连接至接地装置，2个电极之间具有一定的间隙距离。这种保护装置的构造非常简单，维护起来没有一点难度，唯一的缺点是很难进行自行灭弧。保护装置的间歇结构有三种：棒形、球形、角形。三种形状的结构各有各的优点和缺点。棒形具有非常陡的伏秒特性，很难与设备的绝缘要求达成完美的配合；球形虽然伏秒特性比其他二者都要平坦的多，保护性能也不差，但是就端头易发生烧伤这一缺点上，与棒形一样的明显，一旦发生烧伤后，电极之间的间歇距离就会扩大，从而影响动作准确性。相对这两种形状的保护装置，角形综合了二者的优点同时有没有二者的明显缺点，近年来于过电压防护领域中有了比较广泛的应用。

2.2设备雷击过电压保护

针对保护出线设备，水电厂通过架空的方式来架设出线设备（见图1），这样做的原理是，通过降低，雷电直接击中线路中绝缘子闪络的次数，从而降低雷电击中线路的概率，从而减少电气设备跳闸的几率，这样就可以尽可能避免电气设备的过电压，雷电击中高建筑物的概率，与以下几项参数密切相关：杆塔高度和形状、接地电阻，因此，水电厂在架空出线时，会经过试验分析，选用合适的塔杆接地，从而科学有效的减小因雷电形成过电压的破坏程度。此外，为形成多重保护，水电厂还要铺设其他防雷保护装置，主要的避雷装置包括电容器组、防雷接地、保护间隙，GIS设备等，通过这些保护措施.也可以有效降低过电压产生的损失。

2.3设备内部过电压保护

在实际操作过程中，突发事故导致电气一次设备电压升高极易引起负荷突变过电压，对于这种情况的防护应该在电机侧装设励磁系统以控制电枢反应，同时，运用限制空载线路投切及控制长线路电容效应，以此来达到较好的控制电枢反应的效果。水电厂电气一次设备谐振过电压的产生受到其谐振过电压的持续时间、回路自身特點等因素的影响，本身不稳定的谐振过电压或者持续时间比较长的对电力系统的正常运行影响较大，其处理方式一般为：增加电阻、减少电抗、安装消谐器。此外，还需要注意的是中性点接地故障，通常，水电站会以单相接地时的避雷器设备的灭弧电压以电网的正常相电压（最大电压的1.1倍）为参考依据，但是应该注意的是直接接地的相电压应该是正常电压的0.8倍。

2.4重要设备过电压保护

在使用励磁变压器时要考虑到几个方面可能存在的问题。首先，为了避免短路，要考虑到氧化锌的电阻特性，非线性电阻老化容易导致短路现象的发生，而其最高吸收限度也不能超过100NHz的连续电压；其次，一般的避雷器由于绝缘程度较低，对于励磁变压器的保护效果有限，在产生电压时容易直接损伤励磁变压器，因此需要调整参数，切实对励磁变压器进行保护。此外，做好发电机和用电开关的安装，为了避免电机出口断路器操作过电压的产生，同时增强断路器的灭弧功能，安装发电机时应该并联电容器。与此同时，水电厂开关还可以运用真空断路器，并在内部安置氧化锌装置来迫使电流进入氧化锌内，从而加速电流的衰减，防止开关过电压的产生，有效防止雷电击中低压配电母线。在对输电线路的过电压保护过程中，需要注意电气也可能出现过压现象，所以要根据试验数据计算，分析电气参数，选择合适的避雷器，确保电气设备的过压水平要超过避雷器中的电气保护水平。

结束语

总而言之，水电厂电气一次设备出现过电压故障会对整个水电厂的运营管理产生影响，这就需要水电厂管理者必须高度重视这一问题，加强做好电气一次设备的日常养护工作，并对容易发生过电压的部位，事先作出防范性措施，尽可能将过电压产生的影响降到最低，以此来保证电气设备的可靠运行。

参考文献：

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