李晶晶 孫葉

【摘 要】本文對(duì)石化企業(yè)供電系統(tǒng)過(guò)電壓進(jìn)行了解析，介紹了過(guò)電壓的類(lèi)型和引起過(guò)電壓的幾種狀況及其會(huì)帶來(lái)的危害，進(jìn)而闡述了防范過(guò)電壓的措施和重要性。

【關(guān)鍵詞】過(guò)電壓;避雷器;間歇性弧光;消弧

1、前言

石化企業(yè)電力系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)柜（斷路器）、變壓器、電纜及電動(dòng)機(jī)等設(shè)備組成。受各種因素影響，電氣設(shè)備隨時(shí)可能受到過(guò)電壓的侵襲，過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)間雖短暫，但其峰值高、波形陡，對(duì)電氣設(shè)備威脅很大。偶爾一次過(guò)電壓可能不至于將電氣設(shè)備損壞，但已使設(shè)備絕緣受到不可逆的損害，多次過(guò)電壓積累，最后一次并不大的電壓波動(dòng)都會(huì)將絕緣擊穿。

因此，研究過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理、量值范圍，從而恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行保護(hù)設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)，是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要工作。

2、系統(tǒng)過(guò)電壓分析

電氣設(shè)備在運(yùn)行中承受的過(guò)電壓有雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓兩種。雷電過(guò)電壓又分直擊雷過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓及雷電侵入波過(guò)電壓;內(nèi)部過(guò)電壓分暫時(shí)過(guò)電壓及操作過(guò)電壓。

在化工企業(yè)，真空斷路器使用廣泛，電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，電纜使用增多，使開(kāi)斷空載變壓器及高壓電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過(guò)電壓和單相接地時(shí)電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過(guò)電壓越來(lái)越嚴(yán)重，成為電網(wǎng)及設(shè)備安全運(yùn)行的主要威脅，是化工企業(yè)不容忽視的問(wèn)題。究其原因主要是由于：

1）真空斷路器分?jǐn)嗨俣瓤?、滅弧能力?qiáng)，在開(kāi)斷電感負(fù)荷時(shí)有可能不是在電流經(jīng)過(guò)工頻零點(diǎn)時(shí)熄弧，而是在電流瞬時(shí)值尚為i時(shí)，被迫在極短的時(shí)間內(nèi)下降到零，從而產(chǎn)生截流過(guò)電壓和三相同時(shí)截流過(guò)電壓，另外開(kāi)斷后還會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，使斷路器發(fā)生多次重燃過(guò)電壓，主要表現(xiàn)為相間過(guò)電壓，幅值最高可以超過(guò)3.5倍Uф。

2）化工企業(yè)6～10kV系統(tǒng)均采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電纜的使用越來(lái)越多，使系統(tǒng)對(duì)地電容電流大幅度上升，在單相接地的故障點(diǎn)電弧不能自動(dòng)熄弧，從而發(fā)生電弧周期性的熄滅與重燃，出現(xiàn)間歇電弧，引起電網(wǎng)產(chǎn)生高頻振蕩，形成過(guò)電壓。這種間歇性弧光接地過(guò)電壓幅值可能超過(guò)3.5UФ，甚至達(dá)到6 UФ，而且過(guò)電壓持續(xù)的時(shí)間可以達(dá)到數(shù)十分鐘或更長(zhǎng)，波及范圍廣，對(duì)電氣設(shè)備危害嚴(yán)重。

3、過(guò)電壓的防范措施

3.1防范的基本原則

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)電壓的可靠防護(hù)，保障電氣設(shè)備以及保護(hù)器自身的安全運(yùn)行，必須針對(duì)過(guò)電壓產(chǎn)生的原因、持續(xù)時(shí)間、量值范圍等采取針對(duì)性防護(hù)措施。

3.2外部過(guò)電壓的防護(hù)

對(duì)于直擊雷及感應(yīng)雷過(guò)電壓，目前國(guó)內(nèi)較多的采用避雷網(wǎng)、避雷針進(jìn)行防護(hù);對(duì)于雷電侵入波過(guò)電壓，由于其表現(xiàn)形式主要為相對(duì)地過(guò)電壓，一般采用避雷器加以防護(hù)。對(duì)這類(lèi)保護(hù)措施，國(guó)內(nèi)應(yīng)用很多，技術(shù)比較成熟。

3.3瞬時(shí)內(nèi)部操作過(guò)電壓的防護(hù)

如前所述，內(nèi)部過(guò)電壓主要表現(xiàn)為相間過(guò)電壓，三星型接法的避雷器對(duì)相間過(guò)電壓基本沒(méi)有防護(hù)作用，在這種情況下，安裝組合式避雷器是一種可行的保護(hù)方案。

組合式避雷器一般采用四星型接法，如圖2所示，由A、B、C、D四個(gè)保護(hù)單元兩兩組合成六只完整的避雷器，分別保護(hù)三相對(duì)地過(guò)電壓和相間過(guò)電壓，使保護(hù)的全面性大大提高。

3.4間歇性弧光接地過(guò)電壓的防護(hù)

對(duì)于間歇性弧光接地過(guò)電壓，其作用時(shí)間的不確定性，要求避雷器完全能夠耐受顯然是不經(jīng)濟(jì)、不合理的。對(duì)這類(lèi)過(guò)電壓，一般采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的運(yùn)行方式，或者安裝消弧限壓裝置。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的保護(hù)方式是利用電感電流與電容電流在相位上差180°的原理，用電感電流補(bǔ)償對(duì)地電容電流。但現(xiàn)行所有以消弧線圈設(shè)計(jì)的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償或自動(dòng)調(diào)諧是在電網(wǎng)工頻（50Hz）下完成的。電網(wǎng)在單相間歇性電弧接地時(shí)刻，在非故障相上發(fā)生的弧光過(guò)電壓和通過(guò)電弧接地故障點(diǎn)的總電流是幅值較大的高頻電流，而電網(wǎng)電容和消弧線圈電感在高頻下，兩者頻率特性是完全不同的，兩者在高頻下互相補(bǔ)償或調(diào)諧具有一定的難度。

消弧限壓裝置是在不改變系統(tǒng)運(yùn)行方式的情況下，采用計(jì)算機(jī)集中監(jiān)測(cè)，利用氧化鋅非線性電阻（ZnO）元件與消弧電阻組合限壓消弧，基本原理如圖3所示。綜合控制器ZK通過(guò)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器ST以及ZnO輸送的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷故障相別及屬性，根據(jù)過(guò)電壓性質(zhì)以及接地屬性分別做出處理。

對(duì)于瞬時(shí)的雷電過(guò)電壓或操作過(guò)電壓等，由ZnO對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行限制并吸收其能量，過(guò)電壓消除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。如果接地故障是穩(wěn)定的金屬性接地，則ZK僅發(fā)出故障相別的指示信號(hào)，由微機(jī)選線裝置查找接地故障點(diǎn)，并警報(bào)值班人員進(jìn)行排除。如果接地故障是間歇性弧光接地，首先由ZnO將過(guò)電壓限制在一個(gè)較低的水平，并提供信號(hào)給綜合控制器ZK，ZK通過(guò)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及ZnO提供的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，判別出接地故障發(fā)生的相別及接地性質(zhì)，發(fā)出指令將對(duì)應(yīng)相的快速電子開(kāi)關(guān)KD閉合，使滅弧電阻投入，系統(tǒng)由不穩(wěn)定的弧光接地轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的電阻接地，將弧光消除，把過(guò)電壓控制在規(guī)程允許的范圍以?xún)?nèi)，同時(shí)進(jìn)行故障的查找及排除。

4、結(jié)束語(yǔ)

石油化工企業(yè)系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)是一項(xiàng)多方位的工作，對(duì)于石油化工企業(yè)供電系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生的這幾種過(guò)電壓，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展工作時(shí)要給予重視，充分考慮各種狀況下系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生的過(guò)電壓，采取相應(yīng)合理、有效的措施避免過(guò)電壓造成的危害，增加企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行安全、降低故障維修成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中國(guó)昆侖工程有限公司沈陽(yáng)分公司）