水电站电气过电压保护技术分析

舒春雷

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

水电站电气过电压保护技术分析

舒春雷

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

电气过电压保护技术是当前电力系统中必不可少的环节之一，对于维护设备安全性与使用寿命有着关键性的影响。在对水电站进行电器过电压保护的时候，首先要深入分析水电站电气过电压的故障类型及其原因，并在此基础上，根据具体的实际情况去采取有效的措施。比如，文章中探讨了建立外部、内部防护体系。其中，具体可以采用氧化锌避雷器和氧化锌压敏电阻来保护电气设备，进而去提高电气设备安全性；还可以采取放电间隙保护、防雷保护以及励磁变压器的过电压保护来对水电站进行电气过电压保护。只有这样才能提高电气设备的稳定性和安全性，进而有利于我国电力行业的发展。在提高电力行业的经济效益的同时，也能为人们提供更好的服务。

水电站电气；过电压；故障；保护技术

在我国电力行业发展水平不断提高的背景下，电气过电压保护技术已经成为了行业工作们关注的重点内容。随着电网技术复杂性的不断提高，如何采取有效的电气过电压保护措施提升设备运行效率与安全性，保证电力设备的正常运行是研究的重点内容。就当前的电气过电压保护技术应用的现实情况而言，通过合理的技术选型与应用，相应电力设备能够在有效的保障条件下高效运行，过电压对于设备的不良影响得到了进一步的控制，电力操作人员与设备的安全的得到了有力的保障，有效促进了电力行业的持续发展与进步。

1 水电站电气过电压故障类型及其原因

1.1 直接耦合型过电压

直接耦合型过电压故障主要指的是过电压通过接地电阻进入水电站电气系统而形成的过电压故障。形成此类型故障的过电压通常与水电站设备或构筑物直接接触，如雷击电流等，过电压水平的大小与外部电流水平和接地电阻大小直接相关。直接耦合性过电压的作用下，水电站电气设备将形成与外部电流正相关的波形和频率电压，从而对设备形成较为明显的过电压影响。

1.2 电感耦合型过电压

电感耦合型过电压故障形成的基本原理是外部电流作用下的电磁感应效应，水电站外部环境中的雷击会在输电线路中形成较大的电磁场，电磁场则与电气设备形成电感效应，从而在设备中造成电荷聚集，最终形成较大的电势差出现过电压问题。电感耦合型过电压的水平与外部电流变化率正相关，电流变化率越大电感效应形成的电压越大，尤其对于部分电气设备汇总电感作用极为明显的位置，较低的外部电流变化率也会形成较大的感应电压。

1.3 电容耦合型过电压

电容耦合型过电压在当前的水电站电气设备云心过程中的发生概率较低，但在电容耦合效应较大的情况下，也会形成一定的不良影响。在过电压作用下，设备中的电容效应部位会促使设备内部电荷聚集水平的提升，内部电位差进一步提升，同时伴随着一定的放电现象，最终对低点位设备元器件形成冲击作用。

1.4 关于电气过压产生的原因

水电站电气设备过电压问题的根本成因为内部和外部过电压作用。其中，内部过电压主要来自于设备内部线路故障、静电放电以及开关动作浪涌电压等。而外部电压则主要是设备运行环境中出现的电压作用，如雷击、室内放电作用等。

2 水电站电气设备过电压保护技术应用原则

2.1 外部防护体系

水电站电气过电压外部防护体系的主要功能是限制外部电流、电压对于内部设备的影响，通过隔绝作用限制外部电感、电容效应形成的过电压作用。水电站外部防护体系主要包括接闪器、引下线及接地系统等部分构成。相应防护体系设备应按照设计标准施工，接闪器的安装应全面覆盖水电站及架空线路，保证设备能处于其滚球保护半径之内；引下线应围绕外部防护体系均匀布设，接地系统应有效连接同时保证接地电阻达到防护设计标准。

2.2 内部防护体系

（1）水电站内部防护的重点在中控室、二次屏室、计算机室等位置，相应的过电压影响在上述位置较为集中，对于水电站电气系统的影响较大。因此，内部防护系统应围绕核心位置布设，引下线应与结构立柱维持3m以上的电流安全距离。水电站厂房、尾水渠、坝区等部分应通过导体进行有效连接，形成等电位体，避免雷击过电压形成的电位差出现的不良影响，控制地电位反击故障。

（2）通过水电站等电位体的连接，能够形成的良好电磁屏蔽效应，避免电磁、电感效应形成的过电压影响，能够在水电站内部形成多级防护体系，通过雷电过压保护设备的应用，全面降低雷击残压水平，使设备的过电压作用处于可控范围之内。

（3）应重视多级防护体系中各防雷保护设备的实际应用效果，防雷保护区设置的保护器设备应通过相应的过电压运行测试 ， 选择满足IEC要求的雷电测试波形对设备进行检测。

3 水电站电气过电压保护技术的应用

3.1 氧化锌避雷器

氧化锌避雷器的主要作用是大气过电压防护，其自身阻值较高，在大气过电压作用下，氧化锌避雷器电阻降低，从而导通回路，将电气设备中积聚的电荷导出，降低残留电压，当电气设备内部电位差恢复后，氧化锌避雷器阻值则会上升到初始状态，恢复较高的阻值水平，降低水电站电气设备的过电压影响。

3.2 氧化锌压敏电阻

氧化锌压敏电阻的工作原理同样为通过高阻抗元件的阻值升降形成的放电电流作用控制设备电位差。当前，氧化锌压敏电阻在水电领域中的应用较为普及，都在葛洲坝等水利水电工程中获得了理想的防护效果，有效提升了电气设备保护的实际效力，同时也维护了水电站工作人员的生命安全。

3.3 放电间隙保护

放电间隙保护在水电站防雷系统中的应用较为普遍。一般而言，放电间隙保护设备中布设两个金属电极，一个金属电机通过导线与绝缘子连接，另一个则与接地系统相连。在过电压作用下，能够有效控制放电间隙的影响。其中，棒型放电间隙保护装置伏秒特性曲率较高，与水电站电气设备运行的匹配度较低。而球型放电间隙保护装置伏秒特性较为平缓，因此过电压保护性最好，但是容易出现过电压作用下的端头烧伤的情况，从而会影响过电压保护的有效性。

3.4 防雷保护

雷击是导致水电站电气设备过电压问题的重要因素之一，雷击引起的直接耦合、电感耦合等过电压形式对设备的安全性与稳定性影响极大。因此，在电气设备的使用中，需要通过多种途径进行防雷保护，减少侵入波对电气设备的损害，在日常作业中使用的防雷保护装置一般分为两种：一种是加装电路进线保护装置，提高电气设备的过电压承受能力。另外一种是使用阀型避雷器，该装置可以增加电气设备的安全性和稳定性，减少过电压对电力操作人员的威胁，保证水电站电力系统的安全高效运行。

3.5 励磁变压器的过电压保护

励磁变压器是过电压保护技术中较为常见的一种保护装置，在实际应用中一般通过无间隙避雷器完成电气设备保护工作。我国的电力市场中还未出现定性的励磁变压器产品，目前我国针对100Hz的过电压会采用阻容器进行过电压保护，主要原因是由于在多种过电压保护装置中，阻容器的老化程度较小，通过合理的仪器保护，可以保证其电阻正常运行，从而实现过电压保护。

4 结束语

综上所述，随着我国经济水平的不断提升，工业生产与社会生活对于电能的需求不断增加，在此背景下维持电力设备安全高效的运行就成为了电力行业研究的重点部分。电气过电压保护技术的应用是电力系统保护的重要功能之一，对于电力行业的发展与进步有着深远的影响，行业工作者们应从工作实际情况出发，结合水电站运行与设备工况的现实条件，合理地选择过电压保护技术，以此为设备的正常运行提供有力支持，促进区域经济建设发展水平的提升。

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