试论发电厂电气设备过电压保护问题与对策

鲁毅东　潘乐宏　梁超　康永祥

摘 要：第二次工业革命以来，电力已发展成为人类社会极其重要且不可或缺的能源，极大的推动了人类文明的进步和发展。当今时代，我们仍然对电力有着持续增长的需求。为了满足社会的电力需求，电力企业应加强发电、输电、变电、配电、用电过程中的安全管理，针对其中可能出现的过电压问题进行防护。本文对电气设备过电压进行介绍，重点阐述了过电压保护过程中出现的问题和对策，旨在为同业人士工作提供参考。

关键词：发电厂；电气一次设备；过电压保护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.172

0 前言

随着社会经济的快速发展，电力已成为人类社会不可或缺的能源。因此保证电力设备的安全稳定运行，是发电厂安全生产工作的重中之重。但是在电力生产过程中，电气设备在多种因素影响下，会产生电压波动，这种波动往往会产生大于电气设备的额定电压，会损坏电力设备的绝缘甚至造成击穿。因此发电厂要重视电气设备的过电压问题，对其进行消除，保护电气设备。

1 发电厂电气一次设备过电压概述

电力系统中，过电压使设备电压远超额定电压，会对电气设备自身造成损坏。在一般情况下，电气系统产生的电压不会过大，不会对设备造成损坏，但如果出现非正常运行环境与工况，就可能会产生过电压。如果设备出现长期过电压的情况，就会影响其正常运行，并对设备和人员带来极大的安全威胁，因此需要引起重视。

理论上，设备的过电压分为外部过电压和内部过电压两方面。外部产生过电压，主要是受自然因素影响的，如雷、电等；而内部产生过电压，主要是电气设备内部能量变化产生的，主要包括：谐振过电压、操作过电压、工频过电压等，此三种中谐振过电压的危害最高，稍有不慎，就会对电气设备造成毁灭性的危害[1]。操作过电压出现频率较低，是由于人员操作产生的，出现过电压的时间较短暂，危害程度有高有低。工频过电压是受电容效应影响产生的过电压现象，实际危害较低。无论哪种形式的过电压，都需要得到发电厂的重视，将设备的损坏降到最低。

2 发电厂电气一次设备过电压保护问题

2.1 升压站出线设备保护不当

恶劣的自然环境是设备产生过电压的主要原因之一，实际工作中，由于雷电的影响，会阻碍发电厂、电网路线的正常运行，通过雷电和出线线路的直接接触，造成较高的外部过电压，可能迫使发电、输电过程中断，机组跳闸，影响生产。

2.2 不重视电力外输线路保护

大部分发电厂，使用远距离高压专用输电线路，向外部输电，此方法主要特点为输电路程远、能量损耗小，但传输过程可能会产生不可预测的问题，因此输电线路的过电压保护问题已经成为目前研究的主要对象。发电厂应与电网积极沟通，加强输电线路的维护管理，消除长距离输电过程中产生的过电压。

2.3 变压器保护不当

变压器在开断空载的情况下，会出现过电压。此时断流器切断空载电流，磁场能量转化为电能后，绕组上的电容电压出现最大值，通过绕组变比，就会产生很高的电压，变压器绕组及与变压器线路相連的设备就会承受过电压。

2.4 发电机中心点保护问题

发电厂将发电机的中性点和接地变压器连接，然后接地。变压器在此过程中，采用较高变比的变压器，就可以减少过电压的问题，降低发电机中性点绝缘材料的压力。但是有的发电厂会利用设施降低中性点接地变压器的电压值，来减少过电压的产生，但是此方法会使接地变压器处于绝缘过热状态，降低接地变压器的使用寿命。

3 发电厂电气一次设备过电压保护策略

3.1 变压器的保护

为了降低恶劣天气环境对电气一次设备造成的损害，一般都使用无间隙氧化锌避雷器，以减少雷电的侵扰。但是在变压器的保护上，需要对其措施进行一定完善和优化。因为无间隙氧化锌避器内部的重要成分是氧化锌，在其电压承受范围内表现出很高的电阻。但如果由于年久失修，氧化锌绝缘劣化或受潮，避雷器在过电压下就可能会击穿放电，引起变压器接地短路，造成严重事故。此处的保护，将变压器和避雷器分离，保持一定距离，对变压器进行保护。除此之外，应根据电气系统和设备参数选择合适规格的避雷器，严格按照相关标准及规程进行预防性试验，及时发现避雷器存在的绝缘隐患，保护变压器。

3.2 采用放电间隙的保护

发电厂电气设备的过电压保护中，利用放电间隙来进行过电压保护也是一种重要的保护手段。一般来说，放电间隙过电压保护具有操作简单、维护方便、成本较低的优点，可以对原因简单的过电压进行防护。常见的放电间隙防护手段主要分为三种，棒形、角形和球形，此三种方法各自具备一定的优点和缺点，实际运用时，需要结合自身情况选择，将过电压对设备的危害降到最低。

3.3 设备内部过电压保护

和外部过电压产生原因相比，内部过电压是可以人为控制的，因此发电厂可以在此方面采取一定措施，减少内部过电压的产生，主要从两个方面进行：一方面，要避免负荷突变，以防设备在运行中电压突然升高，出现过电压，做好突发事件的处理方案，保护发电机侧励磁系统，控制电枢[2]。限制空载线路，将长线路电容反应控制在一定范围内。利用多种方法协同，将过电压降到最低，减少对电气设备带来的影响。另一方面，发电厂电气设备在工作的过程中，经常出现电路单相接地的故障产生过电压。此时可以统计运行中单相接地故障的数量和频率，结合单相接地时的正向过电压值，设置避雷设备的相关参数，提升电气设备的使用寿命。

4 结论

综上所述，对发电厂电气设备的过电压保护，应结合过电压产生的原因及保护过程中出现的问题，采取一定的措施，例如加强变压器出口避雷器维护及预试工作、设置放电间隙、减少操作过电压及设备接地故障等，来对发电厂电气设备进行过电压保护。

参考文献：

[1]张文霞.电气一次设备过电压保护方案分析与研究[J].信息系统工程，2017（12）：33.

[2]查建华.万安溪水电厂电气一次设备过电压保护问题与对策探讨[J].福建水力发电，2017（02）：45-46.

作者简介：鲁毅东（1985-），男，湖北荆门人，本科，助理工程师，研究方向：高压电气设备绝缘监督。