电气工程一次设备过电压保护措施的分析

摘 要：本文阐述了电气一次设备过电压的危害，分析了电气一次设备过电压的原因，提出了电气一次设备过电压的保护措施，以保证设备的正常运行和使用寿命。

关键词：电气一次设备;过电压;保护措施

引言

电气一次设备（Electrical primary equipment）是可直接应用于电能的生产、使用、转换、分配、传输和分流的一类电气设备的总称，如发电机、电动机、变压器、接触器、断路器、电抗器、隔离开关、电力电缆、母线和输电线路等。都属于电气一次设备，需要直接承受动态电压和电流，因此对电力系统的稳定电压值有更高的要求。电力系统运行过程中，如果功率超过合理范围，即发生过电压，会损坏电气一次设备的绝缘，从而损坏电气设备或使其不能正常稳定运行。基于此，设备管理者有必要积极探索电气一次设备的过电压保护措施。

1电气设备过电压危害

根据一次电气设备的不同升压方式和发生区域，过电压可分为内部过电压和外部过电压，其中内部过电压是指电气设备自身产生的内部能量和操作人员对电气设备操作不当引起的过电压，外部过电压是指雷云放电引起的过电压。无论何种过电压都会对电气设备的正常使用和寿命产生诸多不利影响。例如，内部过电压不仅会引起电力系统电压和电容参数的变化，导致大规模停电，还会导致电气设备在运行过程中损坏、燃烧和爆炸等安全隐患。因此，它将对电气设备的使用寿命、相关人员的人身安全以及企业的健康稳定发展产生严重的不利影响。因此，电气设备管理人员有必要全面分析电气一次设备过电压的原因，探索电气一次设备过电压保护的有效措施，以最大限度地减少电气一次设备过电压的发生，提高电气一次设备的运行质量，确保其运行安全，进而促进企业各种电力相关生产活动的正常运行。

2过压原因

（1）输电线路的应用。目前，我国大多数火力发电厂都是通过电气一次设备与长距离高压专用输电线路相连接来建设输电线路的。虽然这种连接方式可以有效提高电力系统的传输效率，但由于传输距离长、传输过程复杂以及系统电压升高、频率降低等外部环境的影响，会导致发电机和变压器过励磁，容易导致电气设备过电压。此外，输电线路的应用在实际传输过程中，受到输电线路不对称接地、电容效应等因素的影响，也容易导致长距离高压特种输电线路传输过程中的过电压，从而对线路上电气一次设备的运行造成一定的不利影响。供电线路两端的开关断开时间总是有一定的差异，所以无论是正常运行还是故障跳闸，都有可能切断空载线路。如果断路器灭弧能力不够强，使触头间电弧重燃，就会有更多的电压切断空载线路，触头间电弧的重新引燃是造成这种过电压的根本原因。因此，提高断路器的灭弧性能，尤其是切断小电流的性能，可以降低甚至消除电弧重燃的可能性。

（2）发电机中性点连接。为了限制接地电流，防止各种过电压，火电厂通常采用发电机中性点高阻接地的方式，通常在几百欧姆到几千欧姆之间。可以直接在发电机中性点与地面之间安装大电阻，也可以在发电机中性点与地面之间安装接地变压器。变压器的一次侧接一个小电阻，一次侧的阻抗等于二次侧的电阻乘以变比的平方，这是目前大型机组的主流，以我厂的配置为例，接地变压器的变比是27/0.22kV，变压器二次侧的电阻是0.0882ω。根据计算，发电机中性点的接地电阻为1328.2ω。中性点经高阻接地的目的是向故障点注入阻性电流，提高接地保护动作的灵敏度，从而有效防止和减少电气一次设备运行中的过电压问题。还可以借助高阻接地降低电网过电压的幅值。因为中性点电阻相当于在谐振电路的电容上并联一个阻尼电阻，在阻尼电阻的作用下基本避免了谐振过电压的可能[2]。

（3）主变侧断路器断开，空载。在火电厂电力系统运行过程中，经常会发生主变压器侧断路器开断空载的情况。当主变侧断路器断开空载时，断路器会切断微弱电流，导致不太大的变压器空载电流立即降至零。因此，变压器励磁电感的一侧会产生高电压，导致母线和线路绝缘薄弱部位发生事故。

（4）自然因素。风、雨、雷电、电等极端自然现象不仅会导致电力系统跳闸，而且由于雷电可以直接接触输电线路，还会导致电力系统出线设备外部过电压。相关研究证实，风、雨、闪电、电等极端自然现象是导致电力系统出线设备外部过电压的最重要因素之一。

3过电压保护措施

设备中的过压保护。输电线路、发电机中心点连接等因素引起的过电压都是设备内部过电压。对于设备内部过电压，一般采用人工控制方式进行保护。具体保护方法如下：（1）避免电气设备老化引起的过电压，一次电气设备老化和采用单相接地是设备接地故障的重要原因，接地故障容易导致设备过电压现象。设备管理人员要严格维护保养一次电气设备，尽可能延缓设备老化速度，加强接地设备的大修和预防性维护试验。一旦设备老化，需要及时更换。此外，单相接地时应根据正相过电压值设置合理的防雷设备和灭弧电压，设备的接地相电压应控制在正相电压的0.8倍以内，以有效减少单相接地引起的过电压现象。（2）避免意外事故引起的过电压。在电力系统运行过程中，受一些意外事故的影响，容易引起系统电压的突然升高，从而容易导致电气一次设备过电压。因此，需要改进设备配置，如用并联电容器切断线路和变压器，尽可能选择电容式电压互感器作为电压互感器，中性点通过电阻接地。

设备的外部过压保护。导致电气一次设备外部过电压的最重要因素是雷击等极端自然因素的影响。因此，为了防止和减少设备外部过电压的发生，可以采取以下保护措施：（1）加强对出线设备的保护，设备管理人员可以架空方式架设出线设备，即杆塔接地方式架设出线设备。这样不仅可以有效降低设备出线雷击绝缘子闪络的次数和概率，从而有效保护设备出线，还可以有效降低电气一次设备跳闸的概率，从而有效防止和降低设备过电压。（2）设备外部安装各种防雷裝置。为了减少雷击对电气一次设备运行的不利影响和外部过电压的发生，设备管理人员需要在电气一次设备外部安装各种防雷装置，如GIS设备、防雷接地、电容器组等。这些防雷装置可用于电气一次设备的集中保护，从而有效防止雷击造成的过电压危害。（3）对于变电站系统的避雷器，25项对策要求每年雷雨季节前后进行避雷器带电交流试验，避雷器DC试验每三年进行一次。工厂等建筑物的防雷设施每年都要进行检测，全厂接地网都要接地导通。这些规范要严格执行。

4结束语

电气一次设备对电力系统的稳定电压值要求很高。但在实际运行过程中，由于设备自身产生的内部能量、操作人员不当以及外部环境因素的影响，经常会发生过电压。一旦发生过电压，不仅会影响设备的运行质量和使用寿命，还会威胁到相关人员的人身安全，给企业造成巨大的经济损失。因此，设备管理人员有必要积极探索一次电气设备的过电压保护措施，如避免电气设备老化和意外事故引起的内部过电压。通过加强对出线设备的保护，在设备外部安装各种防雷装置，可以做好主变压器的过电压保护。这些措施可以有效防止和降低电气一次设备的过电压发生率，从而有助于保证设备的正常稳定运行。

参考文献

[1]刘锦忠.电气一次设备过电压保护问题探讨[J].科技传播，2014，6（21）：84+108.

[2]吴德明，邓鹏程.水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨[J].华中电力，2007（05）：25-27.

作者简介：

杜兴，男，1987.01.09，本科学历（电气工程及其自动化），汉族，籍贯辽宁锦州，电气工程师，研究方向：电气工程技术。