新余鋼鐵集團(tuán)建設(shè)公司 張平新

鋼鐵廠電氣設(shè)備運行中的過電壓及防護(hù)措施

新余鋼鐵集團(tuán)建設(shè)公司 張平新

電力能源是工業(yè)生產(chǎn)正常開展的必要能源，社會建設(shè)需求的不斷擴大，使得電氣設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，從當(dāng)前的鋼鐵廠發(fā)展?fàn)顩r來看，電氣設(shè)備在使用過程中存在多種故障問題，對這些問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)因過電壓引起的故障現(xiàn)象所占比重較大，針對這種現(xiàn)象必須制定有效的防護(hù)措施。文章闡述了過電壓的基本概念以及過電壓保護(hù)，分析了鋼鐵廠電氣設(shè)備運行中的不同類型過電壓現(xiàn)象，并提出了相關(guān)防護(hù)措施。

鋼鐵廠；電氣設(shè)備；過電壓；防護(hù)措施

鋼鐵廠電氣設(shè)備在運行時會因為自身故障或者外界因素的影響出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，鋼鐵廠的電力系統(tǒng)的中性點與接地網(wǎng)一般情況下是不連接的，當(dāng)系統(tǒng)中存現(xiàn)故障電壓時會引起單相放電，出現(xiàn)電磁擾動產(chǎn)生過電壓；鋼鐵廠電力系統(tǒng)中電網(wǎng)線路較長，大多數(shù)都是暴露在自然環(huán)境中的，線路所經(jīng)過的區(qū)域比較空曠，在雷雨天氣很容易受雷電干擾，造成廠內(nèi)電氣設(shè)備過電壓現(xiàn)象。當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象時會影響鋼鐵廠的正常生產(chǎn)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，并且存在較大的安全隱患，所以必須采取有效的防護(hù)措施。

1. 過電壓概念及過電壓保護(hù)

1.1過電壓概念

過電壓是指電氣設(shè)備在運行時，其實際電壓因線路故障問題出現(xiàn)過高現(xiàn)象，超過了正常工作電壓，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備運行異常，對設(shè)備的正常工作造成了影響。過電壓現(xiàn)象的形成原理是電磁擾動，通常是負(fù)荷投切造成的，當(dāng)電氣設(shè)備在電磁擾動作用下，其電壓均方根值連續(xù)1分鐘超過正常工作電壓的10%的時候，就稱之為過電壓現(xiàn)象。根據(jù)引起過電壓原因的不同，可以將其分為內(nèi)過電壓和外過電壓兩種，在出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象時必須找出根本原因所在并制定針對性的防護(hù)措施。

1.2過電壓保護(hù)

過電壓保護(hù)是指當(dāng)電氣設(shè)備的電壓超過正常工作電壓時，為避免線路其他故障問題電源會自動斷開，或者采取相應(yīng)措施將電氣設(shè)備電壓控制在額定范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)對電氣設(shè)備的保護(hù)作用。電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備和元件較多，且彼此之間聯(lián)系緊密，在進(jìn)行過電壓保護(hù)時要根據(jù)不同設(shè)備和元件的特性采取針對性的保護(hù)措施，提高設(shè)備和元件的運行性能。雷擊是引發(fā)過電壓現(xiàn)象的主要因素之一，究其根本原因是線路中的絕緣子在長期的使用過程中，其絕緣性能會逐漸減弱，無法對線路形成良好的絕緣作用，線路在雷電天氣會受到雷擊而發(fā)生斷線事故；除此之外，有些絕緣子中含有硅橡膠材料，這種材料在受到雷擊后會因為高溫發(fā)生燒熔現(xiàn)象，絕緣子的正常工作性能被破壞。為了保護(hù)線路免受雷擊影響，保證絕緣子性能正常發(fā)揮，需要采取過電壓保護(hù)措施，在線路和電氣設(shè)備上安裝保護(hù)裝置，降低雷擊的影響。

2. 鋼鐵廠電氣設(shè)備運行中的過電壓分類

2.1內(nèi)過電壓

內(nèi)過電壓是基于電力系統(tǒng)自身來說的，是由于運行方式發(fā)生改變引起的，主要分為暫態(tài)過電壓、操作過電壓和諧振過電壓等。

2.1.1暫態(tài)過電壓

暫態(tài)過電壓又叫做工頻過電壓，是指電氣設(shè)備的運行電壓出現(xiàn)暫時性的升高超額現(xiàn)象，隨后立即恢復(fù)正常。常見暫態(tài)過電壓主要有三種，當(dāng)線路中發(fā)生弗蘭梯效應(yīng)時，電網(wǎng)運行方式的突然改變使得線路中的電壓存在不相等情況，線路末端電壓過高，進(jìn)而引起過電壓。當(dāng)線路中出現(xiàn)不對稱短路接地故障，三相線路中沒有出現(xiàn)接地故障的單相或者兩相線路電壓會升高，超過正常運行電壓。電力系統(tǒng)在運行時突然將線路負(fù)荷甩掉，電壓沒有及時調(diào)整而出現(xiàn)過電壓。

2.1.2操作過電壓

操作過電壓常見于斷容器操作過程中，線路的突然短路也會造成操作過電壓，操作過電壓的出現(xiàn)是瞬時性的，在出現(xiàn)之后呈快速衰減變化形式，但是過電壓現(xiàn)象特征卻比較明顯。造成操作過電壓的原因常見的有四種，在切斷空載線路時，如果線路中仍然有殘余電壓可能會引發(fā)過電壓現(xiàn)象；空載線路在切斷的瞬間，回路中的高頻振蕩會引起過電壓；在切斷空載變壓器的時候，變壓器在磁場的作用下還存在電壓，也會出現(xiàn)過電壓；如果電網(wǎng)中的中性點沒有與接地網(wǎng)相連接，單相可能會出現(xiàn)電弧接地引起線路中電壓升高，出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。

2.1.3諧振過電壓

諧振過電壓是電力系統(tǒng)中的電感、電容等元件的運行方式或者參數(shù)不符合線路正常運行需求，與電源頻率發(fā)生諧振，在諧振的作用下會出現(xiàn)長時間的過電壓現(xiàn)象，根據(jù)諧振回路的不同，可以將諧振過電壓分為線性諧振、參數(shù)諧振以及鐵磁諧振三種類型，由電感元件和電容元件組成的線性諧振回路中，電感元件可以有鐵芯，也可以無鐵芯，電感參數(shù)呈線性變化；有電感元件和電容元件組成的參數(shù)諧振回路中，電感參數(shù)呈現(xiàn)周期變化形式；鐵磁諧振回路中的電感元件有鐵芯存在，電感參數(shù)呈非線性變化。

2.2外過電壓

外過電壓主要是指雷擊引起的過電壓，也叫作大氣過電壓，根據(jù)雷電影響方式的不同可以將其分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。

2.3直擊雷過電壓

直擊雷過電壓是指雷電直接作用在鋼鐵廠電力系統(tǒng)線路中或者電氣設(shè)備上，在導(dǎo)體的作用下，雷電電流會流入到線路中去，在雷電擊中的瞬間造成線路電壓過高。因直擊雷引起的過電壓的電壓值是非常高的，會對電氣設(shè)備造成嚴(yán)重影響，當(dāng)電壓過高時，電氣設(shè)備運行時的溫度就會過高，很容易出現(xiàn)火災(zāi)，對電氣設(shè)備造成無法修復(fù)的損害，除此之外還會破壞電氣設(shè)備的絕緣裝置性能，造成較大的安全隱患。

3. 感應(yīng)雷過電壓

感應(yīng)雷過電壓是指大地在雷電的作用下具有了一定的電壓，與線路之間存在電磁感應(yīng)，大地在放電過程中自由電荷增多并向線路兩段移動，導(dǎo)致線路中電壓升高進(jìn)而引發(fā)電氣設(shè)備過電壓現(xiàn)象。線路中的感應(yīng)過電壓數(shù)值較大，會對電氣設(shè)備的工作性能造成嚴(yán)重影響，不利于鋼鐵廠的正常生產(chǎn)。

鋼鐵廠電氣設(shè)備運行中的過電壓防護(hù)措施：

3.1內(nèi)部過電壓防護(hù)措施

鋼鐵廠在設(shè)計規(guī)劃電力系統(tǒng)運行線路的時候，要根據(jù)實際需求和相關(guān)規(guī)范將中性點連接到接地網(wǎng)中，并做好電阻的接地處理；針對電氣設(shè)備故障引起的過電壓現(xiàn)象，制定有效的防范措施，避免出現(xiàn)電壓過高現(xiàn)象，對電氣設(shè)備形成保護(hù)作用；處理好線路中三相之間的關(guān)系，避免出現(xiàn)接地故障時其他單相線路或者兩相線路中的電壓升高；在切除空載線路和變壓器時，要保證斷路器動作是同步完成的；在選擇斷路器時，對其滅弧能力進(jìn)行比較，選擇性能更好的一種；破壞電感元件、電容元件與電源頻率之間的諧振條件，避免因諧振作用出現(xiàn)過電壓；除此之外還需要在線路中安裝電壓保護(hù)裝置，對電氣設(shè)備形成良好的保護(hù)作用。

3.2外部過電壓防護(hù)措施

因為造成外部過電壓的原因主要是雷擊，所以就需要對鋼鐵廠附近的雷雨天氣資料進(jìn)行收集、整理，在規(guī)劃線路時盡量避開雷擊頻發(fā)區(qū)域，在線路中選擇合適的避雷裝置和過電壓保護(hù)裝置，做好線路的接地處理工作，通過對雷擊電流進(jìn)行引導(dǎo)和泄流，減少雷擊對電氣設(shè)備正常運行的影響。在安裝避雷裝置和過電壓保護(hù)裝置的時候，需要對電氣設(shè)備的各相運行參數(shù)進(jìn)行全面了解，保證電氣設(shè)備與避雷裝置以及過電壓保護(hù)裝置連接的科學(xué)性。為了防止雷電天氣時大氣中的自由電荷進(jìn)入到線路中去，引起線路電壓升高，可以在線路中進(jìn)電開關(guān)處安裝避雷裝置，對線路電壓起到控制作用。如果線路的中線點沒有與接地網(wǎng)連接，通過在線路中安裝消弧線圈，可以有效減少雷擊對電氣設(shè)備正常運行的影響。

4. 結(jié)束語

鋼鐵廠正常生產(chǎn)活動的開展需要依靠電氣設(shè)備的正常工作才能實現(xiàn)，只有對電氣設(shè)備過電壓現(xiàn)象進(jìn)行全面、詳細(xì)的分析，找出引起過電壓現(xiàn)象的原因所在，并根據(jù)具體原因做好采取針對性的防護(hù)措施，才能有效避免因電氣設(shè)備自身運行或者雷擊現(xiàn)象而引起的過電壓，對電氣設(shè)備形成有效的保護(hù)作用，為鋼鐵廠的正常生產(chǎn)提供電力保證，促進(jìn)鋼鐵廠的穩(wěn)定、快速發(fā)展。

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