试论发电厂电气设备过电压保护问题与对策

赵树勋

【摘  要】电力行业的发展直接关系到我国整体经济的发展速度。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。

【关键词】发电厂电气设备;过电压保护;问题与对策

引言

科技的快速发展带动我国电力行业发展迅速。在发电厂厂用发动机运行的过程中，厂用电系统会受外部与内部过电压的侵袭，对电气设备运行的安全性以及设备绝缘性产生严重的影响。但因为电气设备内部电动机耐受过电压性能不强，所以有必要考虑其实际的绝缘水平，合理地采取过电压保护措施，以保证能够实现“绝缘配合”目标。

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。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发电厂厂用电动机外部过电压研究

所谓的外部过电压，同样也被称作是大气过电压，以直击雷电亦或是感应雷电活动为根本原因引起。因为电厂厂区的内部不会架空线路，所以直接雷击仅会出现在室外配电装置总变电所与引入、引出外部架空线路中。一般来讲，若厂区的配电装置的进出线路都是电缆，则被认定无法承受大气过电压威胁，所以并不需要采取相应的防护措施。在实践过程中，电气设备会被连接在相同电力网中，一旦局部受到雷电直击亦或是此部位避雷器动作残压都会直接提高系统整体电压。而额定电压相同的电气设备，其内部结构存在差异，所以绝缘能够承受的过电压能力也有明显区别。通常，变压器与开关设备绝缘承受能力较强，但是电动机与电缆绝缘承受能力则相对薄弱，所以电动机和电缆在过电压条件下很容易损坏。

3发电厂电气一次设备过电压保护策略

3.1完善电气设备的定期运检工作

定期做好设备维护检修工作，正所谓无规矩不成方圆，制定设备运行要求及责任检查制度，将责任落实到个人。备用电源的自动跳闸和电站设备中的接地线的短路问题基本上是由于缺乏操作经验和维护频率较低。规范检修制度，这样才能在一个特定的标准下执行工作任务。在保障维护技术的实施方面有一定的依据。因此，首先要制定相应的责任制，完善操作制度，要求经营者严格按照操作规程执行。在例行检查中，设备如贴有故障标志，须尽快排除故障问题，或是发现设备存在安全隐患，须停止设备的运行，直至故障排除，被做好相关的检修记录。对设备进行维护工作，降低维护频率，延长使用寿命。针对故障的原、维修过程都必须做好详细记录。

3.2局部放电在线监测技术

发电厂电气设备大都结构复杂，绝缘水平也不尽相同，因为不均匀的电场分布导致较高的局部电场。制造工艺的粗糙，恶劣的运行条件都会导致局部放电现象，继而逐渐发展成为严重的故障。以变压器为例的局部放电监测方法如下：超声波检测，测光，化学检测，脉冲电流法，射频检测法等。例如超声检测法的应用：超声波传感器位于变压器油枕壁上，变压器内部局部放电产生的超声波可由传感器接收。可以非常精确地监测局部放电的大小和位置。压电传感器是通常用于超声波测试的超声波传感器，并且选择70至150KHz的频率范围。这完全避免了变压器的核心噪声和机械振动噪声。超声波测试方法的另一个优点是它可以较少受到电干扰，因此它已被广泛用于局部放电。迄今，一些超声波检测传感器并不会对电磁产生很强的干扰，灵敏度低，会大大增加检测的困难。在过去数十年中，电子放大技术、声电转换元件的效率都有了显著提升，灵敏度超声检测技术也发展的日新月异。

3.3串联间隙养护新避雷器

正是因为间隙的存在，所以在电压正常的情况下，氧化锌避雷器元件当中并不会流过电流，而且也不会出现热老化的问题。氧化锌本身的非线性特性十分理想，所以在间隙放电以后，续流极小，受间隙灭弧要求而明显下降，使得间隙寿命得以延长。需要注意的是，串联间隙氧化锌避雷器间隙所承担的灭弧任务存在差异，因而无法由诸多间隙构成，仅具备一个间隙即可，所以放电电压分散程度也不大。除此之外，可以把串联间隙避雷器替换为四星形，同样可以对相间绝缘保护问题加以解决。通过对这种接法的运用，相对相冲击放电数值和残压数值和相对低数值更加接近，使得相间过电压数值不断降低，使得相间绝缘得到了必要的保护。而当前已经有大部分厂家对带串联间隙氧化锌避雷器进行生产，产品本身性能要远远超过无间隙氧化锌避雷器。以型号为TBP的四星形接线有间隙氧化锌避雷器为例，具体的技术参数表现为：持续运行的电压是7.6kV，而工频放电的电压则是11kV。另外，冲击放电的电压是15.6V。通过对以上参数的分析可以发现，该氧化锌避雷器的持续运行电压相对较高，能够与长期工作的在线电压要求相适应。另外，冲击放电电压与残压不高，不超过电动机绝缘所能够承受的过电压极限。由此可见，在和电动机相互配合的情况下，即可对其进行有效保护，以免受到过电压损害影响。

3.4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。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產生过电压。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。

结语

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.

[3]魏显安，万里宁.发电厂过电压防护的几个问题[C]//中国电机工程学会2010年发电厂电机技术交流研讨会.2010.

[4]魏显安，万里宁.发电厂过电压防护的几个问题[J].中国电机工程学会2010年发电厂电机技术交流研讨会，2011.

（作者单位：山西大唐国际云冈热电有限责任公司）