周佳

（懷化沅江電力開發(fā)有限責(zé)任公司托口水電廠 湖南洪江 418200）

水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施探討

周佳

（懷化沅江電力開發(fā)有限責(zé)任公司托口水電廠 湖南洪江 418200）

一旦出現(xiàn)過電壓，必定會(huì)對電氣設(shè)備造成一定的損害，并且還會(huì)因此導(dǎo)致大范圍的停電，這樣一來，不僅會(huì)對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，還會(huì)給人們?nèi)粘Ｉ顜聿槐?。基于此，本文以水電廠電氣設(shè)備為例，首先分析了過電壓的概念、分類及特點(diǎn)，其次對過電壓對水電廠電氣一次設(shè)備的影響進(jìn)行了一定的闡述，最后詳細(xì)的研究了電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施，以供參考。

水電廠；電氣設(shè)備；一次設(shè)備；過電壓保護(hù)措施

1 引言

水電廠電力系統(tǒng)及人們?nèi)粘Ｉ铍娏ο到y(tǒng)的電壓承受力具有一定的限制，如果電壓超過系統(tǒng)既定額度，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電氣設(shè)備，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)大規(guī)模的停電事故，進(jìn)而影響到人們的日常生活及企業(yè)的正常運(yùn)營，最終造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。此情況下，必須要積極采取一定的措施保護(hù)設(shè)備過電壓，確保水電廠電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 過電壓分類

2.1 外過電壓

外過電壓主要表現(xiàn)為雷電過電壓與大氣過電壓，其主要是由于大氣中的雷云對地面放電而導(dǎo)致的。對于外過電壓，主要包括直擊雷電過電壓與感應(yīng)雷過電壓兩種。其中，雷電過電壓持續(xù)時(shí)間大約達(dá)幾十微秒，并且具備脈沖特征，所以又被稱為雷電沖擊波。同時(shí)，對于直擊雷過電壓，其主要指雷閃直接擊中電力設(shè)備導(dǎo)電部位時(shí)所出現(xiàn)的過電壓，而雷閃擊中帶電的導(dǎo)體，例如架空輸電線路導(dǎo)線，則被稱為直接雷擊。

此外，如果雷閃擊中處于正常接地狀態(tài)的導(dǎo)體，例如輸電線路鐵塔，能夠使得導(dǎo)體電位升高之后再次對帶電的導(dǎo)體放電，這稱為反擊。通常情況下，直擊雷過電壓幅值可達(dá)上百萬伏，會(huì)對電力設(shè)備絕緣造成嚴(yán)重的破壞，進(jìn)而引發(fā)短路接地故障。對于感應(yīng)雷過電壓，主要表現(xiàn)為雷閃擊中電力設(shè)備周圍地面，在放電過程中，由于空間電磁場的急劇變化，使得未直接遭受雷擊電力設(shè)備上感應(yīng)出的過電壓。由此可知，要想有效防護(hù)架空輸電線路，必須在其上方架設(shè)避雷線與接地裝置等。

2.2 內(nèi)過電壓

內(nèi)過電壓主要是指電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式出現(xiàn)改變而導(dǎo)致的過電壓，主要包括暫態(tài)過電壓、操作過電壓以及諧振過電壓。其中，對于暫態(tài)過電壓，其主要是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使得電力系統(tǒng)過渡過程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定情況時(shí)而出現(xiàn)的過電壓，所以又被稱為工頻電壓升高。常見現(xiàn)象主要有以下幾種：①空載長線電容效應(yīng)。此種效應(yīng)是指在工頻電源作用下，由于遠(yuǎn)距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使得沿線電壓分布不等，此情況下，末端電壓最高。②不對稱短路接地。當(dāng)三相輸電線路a相短路接地故障時(shí)，b、c相上的電壓會(huì)出現(xiàn)升高的現(xiàn)象。③甩負(fù)荷過電壓。此類電壓主要是指當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障而被迫突然甩掉負(fù)荷時(shí)，由于電源電動(dòng)勢未能及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)而導(dǎo)致的過電壓。

此外，對于操作過電壓，其主要是由于斷路器操作或發(fā)生突然短路而導(dǎo)致的衰減較快持續(xù)時(shí)間較短的過電壓，通常可表現(xiàn)為：①空載線路合閘與重合閘過電壓。②切除空載線路過電壓。③切斷空載變壓器過電壓。④弧光接地過電壓。而對于諧振過電壓，其主要是由于電力系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過電壓。按照其發(fā)生的原因，可將其分為線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓與參量諧振過電壓。

3 水電廠電氣一次設(shè)備的過電壓保護(hù)措施

3.1 勵(lì)磁變壓器保護(hù)

（1）充分利用氧化鋅的電阻能力。通常情況下，氧化鋅的電阻不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通的情況，但會(huì)發(fā)生連續(xù)性動(dòng)作，以避免非線性電阻的老化，進(jìn)而引發(fā)短路故障。通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，非線性電阻的吸收能力具有一定的限制，而100MHz的連續(xù)過電壓是最高層次的吸收限度。

（2）氧化鋅對于多數(shù)電壓的吸收，目前，國家已經(jīng)制定并實(shí)施了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，以此來控制勵(lì)磁變壓器的過電壓保護(hù)。一般情況下，避雷器僅能夠在一定程度上發(fā)揮對勵(lì)磁變壓器的保護(hù)作用，主要原因在于普通避雷器絕緣程度較低，在產(chǎn)生過電壓時(shí)，往往會(huì)對絕緣部位產(chǎn)生傳統(tǒng)的效果，進(jìn)而直接損傷勵(lì)磁變壓器。

要想有效保護(hù)勵(lì)磁變壓器的絕緣功能，必須重視以下事項(xiàng)：①對于二次電壓，其通常會(huì)隨著參數(shù)的變化而改變，市面上目前還沒有有效的產(chǎn)品。②目前情況來看，100MHz幻想過電壓一般是利用組容器來限制其最終造成的損害。

特殊情況下，組容器的里側(cè)繞組會(huì)產(chǎn)生過電壓，之后二極管就會(huì)向電容充電，通過此種緩沖方式，可有效減弱過電壓產(chǎn)生的沖擊作用。等到過電壓逐漸變小時(shí)，電容就會(huì)向電阻釋放電荷，以此來為之后的過電壓再次臨時(shí)吸收的順利進(jìn)行提供便利。

3.2 放電間隙保護(hù)

對于間隙的保護(hù)，一般利用簡單的防雷保護(hù)裝置進(jìn)行，其主要構(gòu)成要素為2個(gè)金屬電極，其中的一頭連接帶電的導(dǎo)線，并固定在絕緣子上，另外一頭則穿過輔助間隙與接地裝置連接，這兩個(gè)電極間存在一定的間隙距離。防雷保護(hù)裝置的構(gòu)造較為簡單，維護(hù)也較為便利，但其自行滅弧能力不強(qiáng)。

對于保護(hù)裝置間歇結(jié)構(gòu)，主要包括棒形、球形及角形三種，這三種形態(tài)的結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如下：①棒形的伏秒特性極其陡，幾乎無法滿足設(shè)備絕緣要求。②相比于其他兩種間歇結(jié)構(gòu)，雖然球形保護(hù)裝置的伏秒特性要平坦一些，并具有良好的保護(hù)性能，但端頭部位極容易發(fā)生燒傷事故。一旦燒傷，必定會(huì)擴(kuò)大電極間的間歇距離，進(jìn)而對作業(yè)的精確性造成影響。③球形保護(hù)裝置綜合了上述兩種設(shè)備的優(yōu)勢。近年來，其在我國過電壓防護(hù)領(lǐng)域中獲得了十分廣泛的應(yīng)用。

3.3 出線過電壓保護(hù)

3.3.1 GIS配電裝置出線過電壓保護(hù)配置

對于與GIS管道連接的架空線路，需要確保其進(jìn)線端保護(hù)長度超過2km。同時(shí)，在220kV及以下GIS配電裝置架空線路的出線連接部位，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行出線側(cè)避雷器Fl的安裝與設(shè)置，但嚴(yán)禁將母線避雷器安裝在母線上。對于220kV、110kV進(jìn)線有電纜段的GIS變電所，應(yīng)當(dāng)將金屬氧化物避雷器安裝在電纜段與架空線路連接處，并且還要將接地端連接電纜金屬外皮。

對于三芯電纜末端金屬外皮，應(yīng)當(dāng)與GIS管道金屬外殼連接接地。而對于單芯電纜，則應(yīng)當(dāng)利用金屬氧化物電纜護(hù)層進(jìn)行接地。對于電纜末端與變壓器或者是GIS一次回路的任意電氣部分之間的最大電氣距離，需確保其不大于130m。對于連接電纜線的2km架空線路，應(yīng)當(dāng)架設(shè)避雷線，并將其作為進(jìn)線段進(jìn)行保護(hù)。

3.3.2 AIS配電裝置出線過電壓保護(hù)配置

對于35～220kV架空線路，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)線段保護(hù)裝置的安裝。對于新建35～220kV變電站出線部位，應(yīng)當(dāng)在變電站內(nèi)安裝、設(shè)置出線側(cè)避雷器。對于已建設(shè)35～220kV變電站出線部位，應(yīng)當(dāng)在變電站內(nèi)增加出線側(cè)避雷器的安設(shè)。但如果條件不允許，可在出線終端塔上安裝出線側(cè)避雷器。

而如果變電站所有出線位置處均已安設(shè)了避雷器，此時(shí)不需要在母線上安裝避雷器，但需要對極端運(yùn)行模式下的保護(hù)距離進(jìn)行校核，如果不能滿足工程要求，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行母線避雷器的安裝。此外，對于220kV及以下架空線路、電纜混合線路，在電纜與架空線路連接部位，應(yīng)當(dāng)安裝避雷器F1，并且還要將其接地端連接電纜金屬外皮。

4 結(jié)語

綜上所述，水電站電氣一次設(shè)備性能的平穩(wěn)直接影響著水電站的順利運(yùn)營，一旦出現(xiàn)過電壓，將會(huì)打破電網(wǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)，不僅會(huì)損壞電氣設(shè)備，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模停電。針對此種情況，必須及時(shí)采取合理的措施進(jìn)行一定的保護(hù)，為電氣一次設(shè)備的運(yùn)行提供穩(wěn)定的工作電壓，最大限度的降低設(shè)備使用年限的損耗，確保電氣設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]黃 萍.110kV變電站防雷保護(hù)探析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2012（19）：37～39.

[2]陳東明.水電站電氣設(shè)備布置的技術(shù)分析[J].文摘版：工程技術(shù)，2015（38）：125.

[3]湯世強(qiáng).關(guān)于電氣一次設(shè)備的過電壓保護(hù)策略解析[J].科學(xué)與財(cái)富，2015（22）：401.

TM862

A

1004-7344（2016）08-0051-02

2016-2-14

周佳（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事電氣一次及可靠性工作。