电气一次设备过电压保护的研究

徐海侠

摘要：随着社会的高速发展，人们对电力的需求也在逐渐加大，所以电力系统的安全运转越来越重要。城市电网规模和数量也在逐渐增加，电力系统的负荷也在逐渐增大，因此，电力设备容易出现安全问题，并且严重影响电力系统的安全运行，因此需要加强对变电一次设备过电压发生的预测，以及实施运维故障风险的科学管理，并加以控制。

关键词：电气；过电保护；故障检测

引言

目前，高速发展的工业产业集成化以及城市化建设，为电力系统的持续稳定运行提出了考验，所以必须保证变电设备及电源支架等安全性。电气系统一次设备在运行过程中，出现过电压问题，通常是由于设备负荷越来越大，或者外部天气因素造成。

1.过电压的概述

1.1概念

过电压指的是电力系统正常工作的电压超出了自身可承受的范围，一旦出现过电压的情况，就会对电气设备造成不同程度的损害。在多数情况下，过电压并不会表现出太大程度的超出，所以对电气设备所造成的损害程度较小，且需要经过一段时间后才会显现出来，此时只需要正常的维护就可以避免损害影响，防护起来相对简单。但不可避免的是，也存在超出电压值较高的情况，此时就会对设备造成毁灭性的损坏，甚至是威胁周边人员的安全，因此必须引起重视。

1.2分类

按照一次性过电压的性质和成因来划分，可将过电压分为外过电压和内过电压这两种类型。其中，外过电压指的是外部因素所引起的过电压。常见的外过电压类型有雷击过电压，这一过电压形式所带来的危害性是极大的，如雷电直接击中电气一次设备，将设备的绝缘层击穿；或者是雷电间接对电气一次设备产生影响，设备周围的地面、树木或其他构造物等被雷电击中，使得电气设备磁场发生变化，进而影响电气设备的正常运转。内过电压指的是电气设备在运行时，受到内部构件、线路等方面的故障影响而出现过电压的情况。按照内过电压的产生的形式来划分，可分为操作过电压和暂态过电压这两种形式。其中，操作过电压指的是因操作不当而形成的过电压；暂态过电压指的是因变压器出现故障而引起的过电压，如变压器不对称短路接地等。

2.电气工程中一次设备过电压保护的技术措施

在电力系统运行过程中，考虑到会受到内过电压和外过电压的影响，使得电气一次设备正常运行受到不同程度的影响。为确保电气一次设备在常态电压中不受到损害，就需要合理有效对各项技术参数进行调整。为此，在电气工程设计过程中，需要重视过电压动态变化的分析，同时也要重视一次设备过电压保护系统的设计，妥善处理好各项技术参数，确保电气一次设备的过电压水平在保护装置水平下。另外也需要合理配置线路、设备、变电器等供电系统各项性能参数，确保电力生产及传输的安全性。具体来讲，应从以下几个方面采取保护措施。

2.1注重雷击过电压的防护

在电气工程中，雷击是导致一次设备出现过电压一大因素，因此在对一次设备过电压保护设计中，应重视雷击过电压的防护。具体可采取这几种技术保护手段：一是对出线设备进行有效的防护。在电气工程设计中，电力企业可通过架空出线设备的方式来有效保护一次设备，通过架空出线，可减少绝缘子闪络被电击的次数，也能对线路过电压产生的概率进行有效控制，进而避免设备出现频繁跳闸的情况。另外，根据相关数据调查显示，电气一次设备遭受雷电击中的频率，主要与接地电阻和线路、设备装设高度这几项技术参数有关，因此对于电气一次设备的过电压保护，除了要架空出线以外，也应选择合适的塔杆接地，从而降低因雷电形成过电压带来的破坏性。二是重视防雷保护装置的设计。电力企业需要深入了解电力系统实际运行的环境、技术标准与安全要求等，并在此基础上科学合理设计防雷保护装置，降低雷击对电气一次设备运行带来的不良影响，同时降低外过电压发生的概率。另外，在设计防雷保护装置时，设备管理人员应注重采用多种防雷保护装置，如防雷接地、电容器组、GIS 设备等，将这些防雷保护装置装设在电气一次设备外部，实现对电气一次设备的集中保护，避免由于雷击而引起外过电压危害。三是重视变电系统中避雷器的试验检测。设备管理人员需要在每年雷雨季节前后，各进行一次避雷器的带电交流试验，每三年对避雷器进行一次停电直流试验。另外，也要严格按照规范对厂房等建筑防雷设施进行检测，包括接地网的接地导通等。

2.2做好内过电压的有效防护

为确保电气一次设备安全稳定运行，也需要做好设备内过电压的有效保护。具体可从这几个方面着手：一是避免因设备老化引起的内过电压。电气一次设备老化会引发设备接地故障，而接地故障又会引起设备出现过电压的情况。此时就需要设备管理人员加强设备的维护保养，制定完善的设备维护保养计划，经常性且有针对性地开展设备维护保养工作，尽最大可能地延缓设备的老化速率。与此同时，设备管理人员也要做好设备检修和预防性维护试验，若在检查过程中发现有设备老化，应及时更换。另外，应基于单相接地的正常过电压值基础上，合理设置避雷设备电压，将设备接地相的电压控制在合理的范围内，减少因单相接地故障引起的过电压。二是强化负荷突变情况的控制。在电力系统运行过程中，一些突发事故也会引起系统电压骤升，进而导致电气一次设备出现过电压。为此，就需要设备管理人员加强负荷突变情况的控制，科学制定突发故障的应对方案。具体需要在电气设备周围安装励磁系统，以此对电枢反应实时控制。同时还需要科学有效地控制长线路电容效应，可采用限制空载线路的方式实现控制。另外，也需要设备管理人员完善好设备的配置，比如变压器和切断线路的开关，尽可能地选择带有并联电容的开关，或者是电压互感器，尽量选择电容式电压互感器等。三是预防谐振过电压。在电力系统运行过程中，也可能会出现谐振过电压的情况，若谐振过电压时间较长，势必会对电力系统的稳定运行造成影响。对此，也需要设备管理人员做好谐振过电压的有效预防，同时对于谐振过电压的处理，可通过增加电阻、减少电抗和安装消谐器这三种方式来处理。

2.3做好主变压一次设备的过电压保护

为确保电力系统安全可靠运行，应重点关注主变压一次设备的过电压保护。现阶段，引起主变压一次设备过电压的因素，主要是空载变压设备开断和短路系统实际灭弧能力。根据相关调查显示，当变压设备的磁场能全部转变为电能时，此时设备电压值将达到峰值。对此，在电气工程设计中，电力生产单位可采取装设纠结式绕组的方式，来提高绕组的电容容量，同时选择直接接地的方式对主变高压器进行保护，另外主变低压 PT 柜中安装一组避雷设备，以此减少设备遭受雷击，实现对主变压一次设备的有效保护。

结语

综上所述，在电气工程中，一次设备作为直接承受电力电压和电流的设备，必须要确保其安全稳定的运行，才能够确保电力系统安全稳定地运行。但受到外部和内部因素的影响，在电气一次设备运行过程中，往往会出现过电压的情况，过电压会对设备造成不同程度的损伤，甚至是引起严重的电力事故，严重威胁人员的生命安全。因此，电力生产企业在电气工程设计过程中，必须要充分认识到电气一次设备过电压保护的重要性，在明确过电压类型、产生原因及危害的基础上，针对性对电力系统的各项技术参数合理调整，形成一个全面优化的电气设备过电压保护系统，从而为电力系统安全、稳定、高效的运行奠定良好的基础。

参考文献

[1] 申勇 . 工厂供电系统过电压保护优化研究 [J]. 科技创新导报，2020，17（15）：102–103.

[2] 朱帅 . 电气一次设备过电压保护的研究 [J]. 产业科技创新，2019，1（11）：56–57.