电气一次设备过电压保护问题探讨

2014-04-18刘锦忠

科技传播 2014年21期

刘锦忠

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电气一次设备的过电压，就是指在一些特殊的情况下，电气一次设备的电压值出现了异常的攀升，超出铭牌规定的最高电压的现象。通常来说，电气一次设备的过电压属于电磁扰动的范畴。为了防止过电压现象对电力系统的危害，在对电气一次设备进行设计时，要求所有电气设备的绝缘不仅能够承受正常范围的工作电压，而且对于一定范围内的过电压也应当有一定的承受能力。这样才能保证电气一次设备不受损害，进而保证电力系统的安全、平稳运行。

1 外过电压和内过电压的危害

1.1 外过电压和内过电压

根据过电压成因的不同，可以将过电压分为外过电压和内过电压两类。其中，外过电压主要是由于雷击引起的，所以又被称为雷击过电压。根据雷击形式的不同，雷击过电压也可以分为不同的类型，比如直击雷过电压、感应雷过电压以及雷电波过电压等等。直击雷过电压是指雷电直接击中电气一次设备，击穿绝缘层，通常其危害性比较大。而感应雷过电压是指雷电没有直接击中电气设备，而是击中了电气设备附近地面或者树木等，在放电的过程中引起了周边电磁场的变化，也能对电气设备形成危害。

内过电压是指由电力系统自身的故障而引起的过电压，根据具体情况可以分为暂态过电压、操作过电压以及谐振过电压等几种类型。其中，由断路器故障导致的过电压叫暂态过电压，比较普遍的有空载长线电容效应、不对称短路接地以及甩负荷过电压等。对断路器的操作不当或者发生短路故障能够引起操作过电压，又可以进一步分为切除空载线路过电压、空载线路重合闸过电压、孤光接地过电压以及切断空载变压器过电压[1]。

1.2 过电压的危害

无论是哪一种形式的过电压，都能够引起电器一次设备的极大损害，严重的甚至危及到整个电网系统的正常运行，影响到供电的安全性能和供电质量。内过电压会带来电气设备的故障，导致电器设备不能有效地发挥其功能，需要进行更换才能保证电网系统的安全、平稳运用，这就使电企业的经济效益受到了一定程度的影响。而且严重的内过电压还可能导致电网系统断电，影响到了用电客户的正常生产和生活，造成不可估量的损失。为了进行过电压保护，对电器一次设备的绝缘度提出了很高的要求，又会增加电力企业对于电网建设的投资。总而言之，由过电压所造成的危害是多方面的，同时也是十分严重的，因此，必须高度重视电力设备的过电压问题，在进行电气一次设备的设计时，力求通过科学的设计降低过电压所造成的危害程度。

2 电气一次设备过电压保护设计所应遵循的原则

在进行电气一次设备的过电压保护设计时，需要根据下面几项原则来进行：1）电气一次设备的过电压保护设计不仅要考虑外过电压的保护问题，更应当考虑内过电压的保护问题。在电网系统的运行过程中，电气设备需要承受在一定范围内的常态过电压，因此为了保护电器网设备在常态过电压中不受到损害，应当更加注重这方面的设计；2）因为工频过电压不仅影响着操作过电压的水平，而且还对出线避冒器的额定电压有着直接的影响，从而决定着电器设备的绝缘水平以及出线断路器的电阻热通量，因此，对于外送线路工频过电压的水平需要通过准确的计算进行科学的分析；3）在电气一次设备过电压保护设计时，需要妥善解决各项技术参数的矛盾，使得电气一次设备的过电压水平不低于避雷针等装置的保护水平；4）在进行设计时，为了防止谐振过电压的出现，需要正确的处理参数的组合[2]。

3 电气一次设备过电压保护设计

3.1 输电线路过电压保护设计

在计算输电线路工频过电压的过程中，应当充分考虑到在常态下由两相接地故障、单相永久接地故障等对于线路可能产生的作用。可以通过降低机组的运行电压、设置远跳对侧开关、机组进相运行等方式进行过电压保护。

3.2 出线设备的过电压防护设计

为了降低电气设备遭遇雷击的可能性，避免电网系统出现跳闸的情况，应当采取架空地线的设计方案，在出线设备上装置避雷针等保护装置。同时，在电缆的连接方面，户外终端可以通过金属保护套，经由氧化锌电阻进行接地设计，而户内终端更为简单，可以直接利用接地连接箱实现接地。

3.3 电压保护设计

使用SSP 系列变压器作为主变压器。SSP 系列变压器的高压绕组雷电冲击的绝缘水平为1550kV，低压绕组雷电冲击的绝缘水平为125kV，高压操作绕组冲击的绝缘水平为1175kV。同时，主变压器的高压侧中性点进行直接接地的设计，为了避免低压侧遭受雷击的现象，还应当设置避雷针等保护装置。这种设计方案的性价比比较高，不仅能够满足电气设备的安全性要求，还经济实惠，能够有效地控制工程造价[3]。

3.4 出口断路器过电压保护设计

为了避免断路器出现操作过电压，增强断路器的灭弧能力，在发电机两端需要以并联的方式连接电容器。此外，为了保护变压器高压侧不受过电压损害，需要设置大容量高压限流熔断组合保护装置。这样能够很好地保护电气设备的绝缘性，有效的增强断路器的灭弧能力。

4 电气一次过电压保护的注意事项

在进行备过电压保护设计时，需要重点注意以下几个问题：1）电气一次设备过电压保护设计需要兼顾内过电压保护和外过电压保护两方面的问题，尤其是内部过电压。由于电气设备中常态的过电压是普遍存在的，所以应当采取一定的手段抵消稳态过电压的影响；2）注意电气过电压水平与避雷器等防过电压设备在承受过电压技术参数的配合，要求电气过电压水平高于避雷器等防过电压保护水平；3）对于高压长距离线路，采用并联容量适当的并联电抗器加中性点小电抗器的方式，能够把内过电压控制在较低的水平，再辅以断路器加并联电阻和氧化锌避雷器，能够有效的保证超高压线路的安全性。