石化企业供电系统的过电压及其防范措施

李晶晶 孙叶

【摘 要】本文对石化企业供电系统过电压进行了解析，介绍了过电压的类型和引起过电压的几种状况及其会带来的危害，进而阐述了防范过电压的措施和重要性。

【关键词】过电压;避雷器;间歇性弧光;消弧

1、前言

石化企业电力系统主要由开关柜（断路器）、变压器、电缆及电动机等设备组成。受各种因素影响，电气设备随时可能受到过电压的侵袭，过电压出现时间虽短暂，但其峰值高、波形陡，对电气设备威胁很大。偶尔一次过电压可能不至于将电气设备损坏，但已使设备绝缘受到不可逆的损害，多次过电压积累，最后一次并不大的电压波动都会将绝缘击穿。

因此，研究过电压产生的机理、量值范围，从而恰当地进行保护设备的选择与设计，是保证电气设备安全运行的一项重要工作。

2、系统过电压分析

电气设备在运行中承受的过电压有雷电过电压和内部过电压两种。雷电过电压又分直击雷过电压、感应雷过电压及雷电侵入波过电压;内部过电压分暂时过电压及操作过电压。

在化工企业，真空断路器使用廣泛，电网规模扩大，电缆使用增多，使开断空载变压器及高压电动机等电感负荷产生的操作过电压和单相接地时电弧不能自熄形成的间歇性弧光接地过电压越来越严重，成为电网及设备安全运行的主要威胁，是化工企业不容忽视的问题。究其原因主要是由于：

1）真空断路器分断速度快、灭弧能力强，在开断电感负荷时有可能不是在电流经过工频零点时熄弧，而是在电流瞬时值尚为i时，被迫在极短的时间内下降到零，从而产生截流过电压和三相同时截流过电压，另外开断后还会产生高频振荡，使断路器发生多次重燃过电压，主要表现为相间过电压，幅值最高可以超过3.5倍Uф。

2）化工企业6～10kV系统均采用中性点不接地运行方式。随着电网规模不断扩大，电缆的使用越来越多，使系统对地电容电流大幅度上升，在单相接地的故障点电弧不能自动熄弧，从而发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压。这种间歇性弧光接地过电压幅值可能超过3.5UФ，甚至达到6 UФ，而且过电压持续的时间可以达到数十分钟或更长，波及范围广，对电气设备危害严重。

3、过电压的防范措施

3.1防范的基本原则

为了实现对过电压的可靠防护，保障电气设备以及保护器自身的安全运行，必须针对过电压产生的原因、持续时间、量值范围等采取针对性防护措施。

3.2外部过电压的防护

对于直击雷及感应雷过电压，目前国内较多的采用避雷网、避雷针进行防护;对于雷电侵入波过电压，由于其表现形式主要为相对地过电压，一般采用避雷器加以防护。对这类保护措施，国内应用很多，技术比较成熟。

3.3瞬时内部操作过电压的防护

如前所述，内部过电压主要表现为相间过电压，三星型接法的避雷器对相间过电压基本没有防护作用，在这种情况下，安装组合式避雷器是一种可行的保护方案。

组合式避雷器一般采用四星型接法，如图2所示，由A、B、C、D四个保护单元两两组合成六只完整的避雷器，分别保护三相对地过电压和相间过电压，使保护的全面性大大提高。

3.4间歇性弧光接地过电压的防护

对于间歇性弧光接地过电压，其作用时间的不确定性，要求避雷器完全能够耐受显然是不经济、不合理的。对这类过电压，一般采用中性点经消弧线圈的运行方式，或者安装消弧限压装置。

中性点经消弧线圈接地的保护方式是利用电感电流与电容电流在相位上差180°的原理，用电感电流补偿对地电容电流。但现行所有以消弧线圈设计的自动跟踪补偿或自动调谐是在电网工频（50Hz）下完成的。电网在单相间歇性电弧接地时刻，在非故障相上发生的弧光过电压和通过电弧接地故障点的总电流是幅值较大的高频电流，而电网电容和消弧线圈电感在高频下，两者频率特性是完全不同的，两者在高频下互相补偿或调谐具有一定的难度。

消弧限压装置是在不改变系统运行方式的情况下，采用计算机集中监测，利用氧化锌非线性电阻（ZnO）元件与消弧电阻组合限压消弧，基本原理如图3所示。综合控制器ZK通过对信号转换器ST以及ZnO输送的信号进行计算处理，判断故障相别及属性，根据过电压性质以及接地属性分别做出处理。

对于瞬时的雷电过电压或操作过电压等，由ZnO对过电压进行限制并吸收其能量，过电压消除后，系统自动恢复正常工作。如果接地故障是稳定的金属性接地，则ZK仅发出故障相别的指示信号，由微机选线装置查找接地故障点，并警报值班人员进行排除。如果接地故障是间歇性弧光接地，首先由ZnO将过电压限制在一个较低的水平，并提供信号给综合控制器ZK，ZK通过对信号转换器以及ZnO提供的信号进行计算处理，判别出接地故障发生的相别及接地性质，发出指令将对应相的快速电子开关KD闭合，使灭弧电阻投入，系统由不稳定的弧光接地转变为稳定的电阻接地，将弧光消除，把过电压控制在规程允许的范围以内，同时进行故障的查找及排除。

4、结束语

石油化工企业系统过电压防护是一项多方位的工作，对于石油化工企业供电系统会产生的这几种过电压，设计人员在开展工作时要给予重视，充分考虑各种状况下系统会产生的过电压，采取相应合理、有效的措施避免过电压造成的危害，增加企业生产运行安全、降低故障维修成本、提高经济效益。

参考文献：

[1]解广润. 电力系统过电压[M]. 北京：水利电力出版社，1985.

[2]GB-T50064-2014：交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范【S】.

[3]GBT 12326-2008 电能质量电压波动和闪变【S】.

（作者单位：中国昆仑工程有限公司沈阳分公司）