舒春雷

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

水電站電氣過電壓保護技術(shù)分析

舒春雷

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

電氣過電壓保護技術(shù)是當前電力系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)之一，對于維護設(shè)備安全性與使用壽命有著關(guān)鍵性的影響。在對水電站進行電器過電壓保護的時候，首先要深入分析水電站電氣過電壓的故障類型及其原因，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的實際情況去采取有效的措施。比如，文章中探討了建立外部、內(nèi)部防護體系。其中，具體可以采用氧化鋅避雷器和氧化鋅壓敏電阻來保護電氣設(shè)備，進而去提高電氣設(shè)備安全性；還可以采取放電間隙保護、防雷保護以及勵磁變壓器的過電壓保護來對水電站進行電氣過電壓保護。只有這樣才能提高電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，進而有利于我國電力行業(yè)的發(fā)展。在提高電力行業(yè)的經(jīng)濟效益的同時，也能為人們提供更好的服務(wù)。

水電站電氣；過電壓；故障；保護技術(shù)

在我國電力行業(yè)發(fā)展水平不斷提高的背景下，電氣過電壓保護技術(shù)已經(jīng)成為了行業(yè)工作們關(guān)注的重點內(nèi)容。隨著電網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜性的不斷提高，如何采取有效的電氣過電壓保護措施提升設(shè)備運行效率與安全性，保證電力設(shè)備的正常運行是研究的重點內(nèi)容。就當前的電氣過電壓保護技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實情況而言，通過合理的技術(shù)選型與應(yīng)用，相應(yīng)電力設(shè)備能夠在有效的保障條件下高效運行，過電壓對于設(shè)備的不良影響得到了進一步的控制，電力操作人員與設(shè)備的安全的得到了有力的保障，有效促進了電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與進步。

1 水電站電氣過電壓故障類型及其原因

1.1 直接耦合型過電壓

直接耦合型過電壓故障主要指的是過電壓通過接地電阻進入水電站電氣系統(tǒng)而形成的過電壓故障。形成此類型故障的過電壓通常與水電站設(shè)備或構(gòu)筑物直接接觸，如雷擊電流等，過電壓水平的大小與外部電流水平和接地電阻大小直接相關(guān)。直接耦合性過電壓的作用下，水電站電氣設(shè)備將形成與外部電流正相關(guān)的波形和頻率電壓，從而對設(shè)備形成較為明顯的過電壓影響。

1.2 電感耦合型過電壓

電感耦合型過電壓故障形成的基本原理是外部電流作用下的電磁感應(yīng)效應(yīng)，水電站外部環(huán)境中的雷擊會在輸電線路中形成較大的電磁場，電磁場則與電氣設(shè)備形成電感效應(yīng)，從而在設(shè)備中造成電荷聚集，最終形成較大的電勢差出現(xiàn)過電壓問題。電感耦合型過電壓的水平與外部電流變化率正相關(guān)，電流變化率越大電感效應(yīng)形成的電壓越大，尤其對于部分電氣設(shè)備匯總電感作用極為明顯的位置，較低的外部電流變化率也會形成較大的感應(yīng)電壓。

1.3 電容耦合型過電壓

電容耦合型過電壓在當前的水電站電氣設(shè)備云心過程中的發(fā)生概率較低，但在電容耦合效應(yīng)較大的情況下，也會形成一定的不良影響。在過電壓作用下，設(shè)備中的電容效應(yīng)部位會促使設(shè)備內(nèi)部電荷聚集水平的提升，內(nèi)部電位差進一步提升，同時伴隨著一定的放電現(xiàn)象，最終對低點位設(shè)備元器件形成沖擊作用。

1.4 關(guān)于電氣過壓產(chǎn)生的原因

水電站電氣設(shè)備過電壓問題的根本成因為內(nèi)部和外部過電壓作用。其中，內(nèi)部過電壓主要來自于設(shè)備內(nèi)部線路故障、靜電放電以及開關(guān)動作浪涌電壓等。而外部電壓則主要是設(shè)備運行環(huán)境中出現(xiàn)的電壓作用，如雷擊、室內(nèi)放電作用等。

2 水電站電氣設(shè)備過電壓保護技術(shù)應(yīng)用原則

2.1 外部防護體系

水電站電氣過電壓外部防護體系的主要功能是限制外部電流、電壓對于內(nèi)部設(shè)備的影響，通過隔絕作用限制外部電感、電容效應(yīng)形成的過電壓作用。水電站外部防護體系主要包括接閃器、引下線及接地系統(tǒng)等部分構(gòu)成。相應(yīng)防護體系設(shè)備應(yīng)按照設(shè)計標準施工，接閃器的安裝應(yīng)全面覆蓋水電站及架空線路，保證設(shè)備能處于其滾球保護半徑之內(nèi)；引下線應(yīng)圍繞外部防護體系均勻布設(shè)，接地系統(tǒng)應(yīng)有效連接同時保證接地電阻達到防護設(shè)計標準。

2.2 內(nèi)部防護體系

（1）水電站內(nèi)部防護的重點在中控室、二次屏室、計算機室等位置，相應(yīng)的過電壓影響在上述位置較為集中，對于水電站電氣系統(tǒng)的影響較大。因此，內(nèi)部防護系統(tǒng)應(yīng)圍繞核心位置布設(shè)，引下線應(yīng)與結(jié)構(gòu)立柱維持3m以上的電流安全距離。水電站廠房、尾水渠、壩區(qū)等部分應(yīng)通過導(dǎo)體進行有效連接，形成等電位體，避免雷擊過電壓形成的電位差出現(xiàn)的不良影響，控制地電位反擊故障。

（2）通過水電站等電位體的連接，能夠形成的良好電磁屏蔽效應(yīng)，避免電磁、電感效應(yīng)形成的過電壓影響，能夠在水電站內(nèi)部形成多級防護體系，通過雷電過壓保護設(shè)備的應(yīng)用，全面降低雷擊殘壓水平，使設(shè)備的過電壓作用處于可控范圍之內(nèi)。

（3）應(yīng)重視多級防護體系中各防雷保護設(shè)備的實際應(yīng)用效果，防雷保護區(qū)設(shè)置的保護器設(shè)備應(yīng)通過相應(yīng)的過電壓運行測試 ， 選擇滿足IEC要求的雷電測試波形對設(shè)備進行檢測。

3 水電站電氣過電壓保護技術(shù)的應(yīng)用

3.1 氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器的主要作用是大氣過電壓防護，其自身阻值較高，在大氣過電壓作用下，氧化鋅避雷器電阻降低，從而導(dǎo)通回路，將電氣設(shè)備中積聚的電荷導(dǎo)出，降低殘留電壓，當電氣設(shè)備內(nèi)部電位差恢復(fù)后，氧化鋅避雷器阻值則會上升到初始狀態(tài)，恢復(fù)較高的阻值水平，降低水電站電氣設(shè)備的過電壓影響。

3.2 氧化鋅壓敏電阻

氧化鋅壓敏電阻的工作原理同樣為通過高阻抗元件的阻值升降形成的放電電流作用控制設(shè)備電位差。當前，氧化鋅壓敏電阻在水電領(lǐng)域中的應(yīng)用較為普及，都在葛洲壩等水利水電工程中獲得了理想的防護效果，有效提升了電氣設(shè)備保護的實際效力，同時也維護了水電站工作人員的生命安全。

3.3 放電間隙保護

放電間隙保護在水電站防雷系統(tǒng)中的應(yīng)用較為普遍。一般而言，放電間隙保護設(shè)備中布設(shè)兩個金屬電極，一個金屬電機通過導(dǎo)線與絕緣子連接，另一個則與接地系統(tǒng)相連。在過電壓作用下，能夠有效控制放電間隙的影響。其中，棒型放電間隙保護裝置伏秒特性曲率較高，與水電站電氣設(shè)備運行的匹配度較低。而球型放電間隙保護裝置伏秒特性較為平緩，因此過電壓保護性最好，但是容易出現(xiàn)過電壓作用下的端頭燒傷的情況，從而會影響過電壓保護的有效性。

3.4 防雷保護

雷擊是導(dǎo)致水電站電氣設(shè)備過電壓問題的重要因素之一，雷擊引起的直接耦合、電感耦合等過電壓形式對設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性影響極大。因此，在電氣設(shè)備的使用中，需要通過多種途徑進行防雷保護，減少侵入波對電氣設(shè)備的損害，在日常作業(yè)中使用的防雷保護裝置一般分為兩種：一種是加裝電路進線保護裝置，提高電氣設(shè)備的過電壓承受能力。另外一種是使用閥型避雷器，該裝置可以增加電氣設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，減少過電壓對電力操作人員的威脅，保證水電站電力系統(tǒng)的安全高效運行。

3.5 勵磁變壓器的過電壓保護

勵磁變壓器是過電壓保護技術(shù)中較為常見的一種保護裝置，在實際應(yīng)用中一般通過無間隙避雷器完成電氣設(shè)備保護工作。我國的電力市場中還未出現(xiàn)定性的勵磁變壓器產(chǎn)品，目前我國針對100Hz的過電壓會采用阻容器進行過電壓保護，主要原因是由于在多種過電壓保護裝置中，阻容器的老化程度較小，通過合理的儀器保護，可以保證其電阻正常運行，從而實現(xiàn)過電壓保護。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)與社會生活對于電能的需求不斷增加，在此背景下維持電力設(shè)備安全高效的運行就成為了電力行業(yè)研究的重點部分。電氣過電壓保護技術(shù)的應(yīng)用是電力系統(tǒng)保護的重要功能之一，對于電力行業(yè)的發(fā)展與進步有著深遠的影響，行業(yè)工作者們應(yīng)從工作實際情況出發(fā)，結(jié)合水電站運行與設(shè)備工況的現(xiàn)實條件，合理地選擇過電壓保護技術(shù)，以此為設(shè)備的正常運行提供有力支持，促進區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展水平的提升。

［1］蘇瑞林.試論水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護措施［J］.無線互聯(lián)科技，2015，（20）：133-134.

［2］吳德明，鄧鵬程.水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護措施探討［J］.華中電力，2007，（5）：25-27.

［3］朱笠.水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護措施探討［J］.科學(xué)時代，2014，（2）.

［4］秦毅.基于水電站電氣優(yōu)化設(shè)計效果的研究［J］.大科技，2013，（10）：83-84.

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