水电站系统过电压的原因及其保护对策

张建 况峻峰

摘要：随着我国时代和经济技术的发展，我国的电力工程建设得到了不断地发展，相应的电气设备也得到了快速的发展。水电站系统的正常工作与电气设备的平稳运行有着不可磨灭的关系。电气设备的过电压保护技术是当前电力工程建设的重要技术，过电压的存在会造成电力电网不稳定，从而会造成电气设备的损坏，给水电站造成严重的经济损失，甚至会造成人员的伤亡。基于此，为了大力发展水电站的过电压保护技术，保证其中电气设备的正常运行，加快我国水电站系统的建设，本文分析了水电站系统过电压的原因并提出了对其进行过电压保护的方案和措施。

关键词：水电站系统;过电压;过电压原因;保护对策

引言

在我国水电站系统不断发展的背景下，对其进行过电压的保护已经成为该领域以及电力行业的重点关注内容。随着水电站系统电网的复杂性日益提高，对其提出科学有效的过电压保护策略是至关重要的，这能够提升水电站系统运行的效率性、科学性和安全性，能够保证水电站系统电力设备的正常平稳运行。当前关于水电站系统的过电压保护技术还有待发展和完善，必须要进行合理的技术选型并进行相应的应用，才能保证水电站系统在保证安全的前提下高效运行，才能大大减少过电压对水电站系统的不良影响，才能保证水电站系统有关工作人员和电力设备的安全，才能促进水电站系统以及电力行业的不断向前发展。

本文选取了老挝南湃水电站系统作为工程实例并查阅了很多文献，总结和分析了水电站系统的过电压保护的原因以及解决方法。南湃水电站系统是老挝赛松 本特区的一个大型水电站系统，其有两台水轮发电机，都是立轴冲击式的，其年发电量能够达到4.2亿千瓦时，总容量能够达到68兆瓦。该水电站在2017年5月8日并入老挝电网开始运行并由两台机组完成了72小时的试运行。另外，该水电站一共有三级电压供电，分别是11千伏、22千伏和400伏。

1水电站系统过电压故障类型和发生原因

据了解，水电站系统的过电压的类型有很多，它们都严重影响着水电站系统的正常运行，下面将对其过电压故障的类型和发生原因一一进行讨论和分析。

1.1直接耦合型过电压

在水电站系统的过电压故障类型中，直接耦合型的过电压故障是很普遍的，过电压通过水电站系统接地电阻进入设备内部便形成了水电站直接耦合型过电压，其过电压幅值的大小和接地电阻的阻值的大小以及接触电流的大小有直接的关系。形成直接耦合型过电压故障的电压常常和水电站系统的电气设备等直接接触，雷击电流就是其中最常见的。在这种类型的水电站系统过电压的故障下，会对水电站系统的电气设备产生很明显的影响，会严重影响它们的正常运行。

1.2电感耦合型过电压

同样，在水电站系统的过电压故障类型中，电感耦合型的过电压故障也是非常普遍的。由于水电站外部电流的流动产生了相应的磁场效应，雷击会在水电站系统的输电线路中产生一个很大的磁场，该磁场和水电站的电气设备之间会产生电磁感应效应，会使得电气设备的电荷集中在一起，从而使得设备出现很大的电势差，这样便产生了电感耦合型过电压。该类型的过电压故障很明显是跟输电线路的电流变化率息息相关的，它们之间是一个正相关的关系，即输电线路中的电流变化率越大那么过电压就会越大。但是如果输电线路中的电流变化率太小的话也会形成很大的过电压。

1.3电容耦合型过电压

在水电站系统的过电压故障类型中，电容耦合型的过电压故障出现的频率是很低的，但是也一定要对这种类型的过电压故障引起重视。因为如果水电站系统的电容耦合效应太大的话，必然会对水电站系统的正常运行以及电气设备的稳定运行造成影响。当电气设备出现过电压时，会使得的电气设备的内部出现大量的电荷聚集的现象，由于电容效应的存在，会使得设备内部出现很大的电位差并出现放电的现象，这种现象会对低点位的水电站电气设备的元器件造成很大的冲击影响。

1.4水电站系统过压产生的原因

上述对过电压故障的分类中，分别阐述了水电站过电压故障产生的原因，下面将从水电站系统的整体上对该系统发生过电压的原因进行分析和讨论。对于水电站系统的过电压产生的根本原因可以分为两个方面，即水电站系统内部过电压作用和水电站系统外部过电压。水电站系统内部过电压作用指的是该系统电气设备出现线路故障、开关浪涌电压和部件静电放电等对系统造成的影响;水电站系统外部过电压作用指的是该系统的外部环境出现一些电压作用，比较常见的就是雷击放电作用。这两种过电压作用一起导致了水电站系统过电压现象的出现，这会严重影响水电站系统的安全性、稳定性和高效性的运行。

2水电站系统过电压保护技术的体系

水电站系统的过电压保护的体系可以分为两种，分别是水电站系统内部过电压保护体系和水电站系统外部过电压保护体系，下面将分别对这两种体系进行研究和探讨。

2.1水电站系统外部过电压保护体系

为了防止外部电流和电压对水电站系统电气设备造成影响，从而提出了水电站系统外部过电压保护体系的概念，其主要是通过对外部电压和电流采取隔绝措施而避免了水电站系统外部产生的电容效应和电感效应的过电压作用。水电站系统外部过电压保护体系主要由三部分构成，分别是水电站外部的引下线、接闪器和外部的接地系统。这些外部的保护设备必须要满足相应的规范和要求，引下线要在水电站系统外部过电压保护体系的周围均匀排布;接闪器要在水电站系统中实现全覆盖的安装;接地系统要格外注意接地电阻的连接并对外部保护体系形成有效的防护。

2.2水电站系统内部过电压保护体系

据了解，水电站系统的内部过电压主要有三种表现形式，分别是谐振过电压、暂态过电压以及在操作过程中出现的操作过电压。对于水电站系统的内部过电压的保护体系有三个重点，下面将对其进行概括和讨论。

首先，水电站系统内部过电压保护体系的第一个重点是关于该系统中控室以及计算机室等的放置问题。这两个位置是水电站系统中过电压的影响比较明显的位置，它们的布局问题会影响这水电站系统的整体运行效果。该系统的内部过电压保护体系要围绕核心位置进行排布，并保证留出足够的安全距离。为了减小雷击过电压对于该系统整体的不良影响，需要把水电站厂房以及坝区等位置进行连接，通常就是用导线连接从而使它們成为等电位提，从而能够控制地电位反击故障。

其次，水电站系统内部过电压保护体系的第二个重点是要注意系统内部等位体的连接问题。为了能够满足水电站系统内部的多级保护，需要对把系统内部的等位体进行连接，要避免电感效应和电磁效应产生的过电压对水电站产生影响，要增加雷电过压设备的数量，减小雷击过电压对系统的影响，使水电站的过电压一直在合理的范围内。

最后，水电站系统内部过电压保护体系的第三个重点是要加强防雷保护设备的应用。水电站系统内要配备足够多的防雷设备，还要对他们进行相应过电压测试和定期的维护和检修，要始终使它们对水电站系统具有良好的过电压保护性能。

3水电站系统过电压保护的应用

在水电站系统对于过电压保护的应用有很多，结合工程实例下面将对主要的五种进行简要的说明。

3.1氧化锌避雷器

在水电站系统电气设备过电压的保护过程中，避雷器是对于雷电过电压重要的保护设备，避雷器主要安装在大地和输电导线之间，与水电站系统中需要保护的设备并联，同样也是该系统中预防过电压的必要措施。当输电线路传入水电站的电压超过避雷器保护的最高电压后，避雷器会发生放电将此高压传到大地，从而对水电站电气设备进行保护。氧化锌避雷器是避雷器最常用的设备之一，其主要是减小大气过电压的影响对水电站系统进行保护。氧化锌避雷器本身的阻值特别高，但是当有大气过电压时，其阻值会降低，回路就会被导通，电路中的电荷也会被导出，从而使得电气设备残留电压降低，当设备的电压恢复后，氧化锌避雷器就会回到最初的阻值，从而减小了过电压对水电站系统的影响。

3.2氧化锌压敏电阻

在水电站系统电气设备过电压的保护过程中，氧化锌压敏电阻也是系统过电压的保护设备，其同样也是利用元器件阻值的变化形成的电流来控制水电站系统设备的电压差，从而对水电站系统实行过压保护。氧化锌压敏电阻已经在很多水电工程中得到了应用，比如说葛洲坝水电工程和南湃水电站工程等，该保护方法能提高对水电站系统保护的作用，也能够很好保护水电站有关工作人员的人身安全。

3.3放电间隙保护

在水电站系统的过压保护上，放电间隙保护是一种应用很普遍的保护方式，其一般需要放置两个金属电极，它们起着完全不同的作用，其中一个是为了与绝缘子进行连接，而另一个金属电极通常与水电站接地系统进行连接。在水电站系统过电压的作用下，可以很好地调控放电间隙的影响。放电间隙保护主要有两种保护装置，分别是球型放电间隙保护装置和棒型放电间隙保护装置。球型放电间隙保护装置对具有平缓的伏秒特性，从这方面说它对过电压具有很好的保护性，但是它容易出现端头烧伤的问题，这又会不利于过压保护的有效性;棒型放电间隙保护装置在水电站系统中用得比较少，因为它与该系统的电气设备的匹配度不高，另外它具有较高的伏秒特性曲率，这也不利于过压保护的有效性。

3.4防雷保护

防雷保护对于水电站系统的过压保护是非常重要的，因为该系统出现过电压问题很大程度上就是雷击造成的。雷击对水电站系统整体运行的合理性和安全性影响很大，其主要通过电感耦合等形式对系统中的电气设备造成危害。在实际工程包括南湃水电站工程等的防雷保护中，主要有两种防雷保护装置，分别是阀型避雷器和加装电路进线保护装置。阀型避雷器能够减少雷击对水电站系统的影响，可以增加该系统运行的安全性，也能够降低过电压对人体的危害;加装电路进线保护装置能够降低侵入波对水电站系统电气设备的不利影响，同时也能够增强其对过电压的接受程度，这两种装置都能促进水电站系统的正常安全的运行。

3.5勵磁变压器过压保护

在水电站系统的过压保护上，励磁变压器过压保护同样也是一种应用很普遍的保护方式，它一般选用无间隙避雷器来对水电站系统进行过压保护。但是我国还没有定性的关于变压器系统的励磁变压器产品，对于100赫兹的过压在我们国家通常会采用阻容器作为过压保护设备，这主要是因为阻容器不容易老化，只要对其进行科学有效保护，就能使得它的电阻正常工作，这就能够保证其对水电站系统设备的过压保护。

4结束语

综上所述，水电站系统作为我们国家电力行业重要的系统之一，必须要不断促进它的发展。对于水电站系统容易出现过电压的问题，必须要对其进行科学合理的过电压保护，本文分析了水电站系统过压问题产生的原因及主要的过压故障类型，并提出了相应的过电压保护体系和过电压保护方式。做好水电站系统中电气设备的过压保护，有利于水电站工程安全有效的运行，也有利于电力行业的不断向前发展，同时也能够促进我们国家区域经济的发展，加快推动国家的现代化进程。

参考文献

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作者简介：

张建（1986-），男，汉族，四川南部县人，本科，助理工程师，主要从事水电站运行工作。

况峻峰（1985-）男，汉族，四川南部县人，大专 ，助理工程师，主要从事水电维护工作。