摘要：电气一次设力系统正常运行关键性电气设备之一，在功能上直接用于生产、变换、输送、疏导、分配和使用电能，具有极为关键的作用。而过电压现象顾名思义指在外部和内部异常操作和特殊状态下出现的电压超过电气一次设备额定规范，在业内通常将该种现象判定为电磁扰动范畴，并加以防范。基于该种现象，相关设计人员在电气一次设备设计之初就考虑到，并将其绝缘质量提高到可承受一定的过压范围。保证整个电力系统的安全稳定运行，确保电力输送正常。
关键词：电气一次设备；过电压保护；危害；设计
1 内过电压与外过电的成因
内过电压是指电力系统自身出现故障导致过电压情况的发生，以具体的过电压情况，可将内过电压分为几种类型：暂态过电压、操作过电压以及谐振过电压等。通常情况下，暂态过电压是指断路器故障导致的过电压情况，常见的形式有空载长线电容效应、不对称短路接地等过电压情况。断路器操作不当、断路器断路故障都是引起操作过电压的因素，再进一步进行划分，可以分为：切除空载线路过电压、空载线路重合闸过电压、弧光接地过电压以及切断空载变压器过电压等。
引发外过电压方式主要是雷击，因此，外过电压又称为雷击过电压。外过电压以雷击的不同形式为依据，分为不同的类型，包括直击雷过电压、感应雷过电压以及雷电波过电压等等。其中，直击雷过电压的危害性较大，是指雷电直接将电气一次设备击中，能够将绝缘层击穿。感应雷过电压在放电的过程中周围的磁场发生了变化，但没有直接击中电器设备，只是击中了电气设备周围的路面或是树木，即使如此，感应雷过电压也会对电气设备形成危害。
2 电气一次设备出现过电压的危害
电气一次设备出现过电压，无论是何种形式的过电压，都会产生极大的危害，轻则对电气一次设备造成破坏，重则导致整个电力系统无法正常运行，造成巨大的经济损失，影响供电的安全性和质量。在实际的生活当中，电气一次设备的内过电压会使电气设备出现故障，导致电气一次设备无法充分发挥自己应有的功能，针对这种情况，一定要及时对电气一次设备进行更换，只有这样才能保证整个电力系统正常、稳定运行。如果是比较严重的内过电压还会导致电力系统供电中断，不仅影响人们的生活，而且会超出巨大的经济损失。由此可见，加强对电气一次设备的过电压保护至关重要，电力企业应该提高对这一问题的重视程度，加强对电气一次设备的过电压保护设计，减少过电压对电气设备造成的危害，提高整个电网运行的质量。
3 电力系统过电压分类
3.1 雷电过电压
分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压由雷电流通过被击物在阻抗上产生的压降和兼有雷电通道的电磁场的感应电压共同组成，其幅值极高；感应雷过电压是在输电线路附近地面遭到雷击时，由电场和电磁场的剧烈变化形成的过电压，这种过电压多数为正极性，波前时间约l0us，其幅值一般不大于500kv，对60kv以下的线路有击穿的危险。
3.2 工频过电压
对于工频过电压来说，其特点较为明显，主要产生在较长的电气线路中，电容效应或者是电网的运行方式发生了变化而引起的。这种过电压持续的时间会相对较长，但是过电压的倍数也不高。对于绝缘的设备来说，不会产生较大的危险性，但是在超高压的状态或者是进行远距离输电工作时就会产生较为直接的影响。
3.3 操作过电压
操作过电压是由于工作人员操作失误导致的电压升高现象。一般工作人员操作失误切断电路会影响电压的变化，从而出现过电压情况。操作过电压是由于内部原因造成的，因此，提高工作人员的专业素质，可以有效的避免操作过电压的出现。
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3.4 故障过电压
系统中发生单相短路或间歇电弧接地而产生的过电压。无论哪种过电压，作用的时间都很短暂，仅为几十微秒。操作过电压和故障过电压的数值一般为额定相电压的2-4.5倍，而大气过电压可达额定相电压的8-12倍。2.5倍以下的过电压，变压器一般是能够承受的，超过2.5倍，无论哪种过电压都可能损坏变压器的绝缘。防止过电压损坏变压器的方法是：在变压器中，除了应加强高压绕组对地的绝缘外，还应特别加强首端和末端附近两个匝间的绝缘，或者采用静电环和静电屏使绕组的第一匝和头几匝的电压分布均匀。对35千伏以上的变压器，还应尽量采用中性点接地系统来防止过电压造成损坏。
3.5 谐振过电压
谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大；过电压一旦发生，往往造成电气设备损坏和大面积的停电事故。许多运行经验表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，在选择保护措施方面造成困难。为了尽可能地防止发生谐振过电压，在设计和操作电网时，应事先进行必要的估算和安排，避免形成严重的串联谐振回路；或采取适当的防止谐振的措施。谐振过电压轻者令到TV的熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则发生避雷器爆炸、母线短路、厂用电失电等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故
4 变电站电气一次设备过电压保护方案
4.1 保护励磁变压器方案
部分的变电站为了避免雷电对电气一次设备造成损害，会采用无间隙避雷针来实现目的，但在励磁变压器的方面，此防护措施的应用需要进行一定的调整。具体来说，首先无间隙避雷针会造成大量的氧化锌，此物质具备了电阻特性，容易导致励磁变压器出现非线性电阻老化的现象，从而很可能产生变压器短路的损害现象，而对于此点的防护，主要需保持无间隙避雷针与励磁变压器两者的间距，并在采用相应的隔离装置将其隔开，以此对励磁变压器进行保护。
4.2 电压保护设计
使用SSP系列变压器作为主变压器。SSP系列变压器的高压绕组雷电冲击的绝缘水平为1550kV，低压绕组雷电冲击的绝缘水平为125kV，高压操作绕组冲击的绝缘水平为1175kV。同时，主变压器的高压侧中性点进行直接接地的设计，为了避免低压侧遭受雷击的现象，还应当设置避雷针等保护装置。这种设计方案的性价比比较高，不仅能够满足电气设备的安全性要求，还经济实惠，能够有效地控制。
4.3 氧化锌避雷器
氧化锌避雷器是一种新型的电气过电压保护技术，主要用于避免大气过电压。氧化锌避雷器由于自身所带有的电阻值非常高，因此，属于绝缘性物质。出现大气过电压时，氧化锌避雷器会由于电压作用而出现电阻降低的情况，从而使电流通过，泄放出电气设备中残留的电压，而当电压恢复到正常值后，氧化锌避雷器的电阻值也会恢复到原有状态，呈现出绝缘性质，避免电气设备遭受过电压的损害。氧化锌避雷器是一种行之有效的过电压保护技术的应用产品，它具有电压流通量较大，残余电压较少的优点，其制造工艺十分简便，具有较高的实用性和较长的使用寿命。
5 结语
电力系统在正常运转时由于各种因素的影响会产生电压异常升高的现象，这种现象会破坏电压值的稳定，从而造成电磁波动，使电力系统电压值超过其所能承受的电压极限，容易对正在运行的电气设备造成损害，同时对电力系统的正常运行带来极大的安全隐患。电气设备长期日以继夜的高负荷工作难免会出现各种问题，但是由于上述情况产生的过电压是造成电力设备损坏的主要原因。因此，在对电力设备的进行保护时要考虑多重因素，电气设备不仅要承受正常电压还要能接受一定范围内的过电压，这样才能保证电力系统的正常运行，进而降低电气设备的运行成本。
参考文献：
[1]刘颖川.电气一次设备过电压保护问题分析[J].低碳世界，2015（23）：82-83.
[2]张志远.电气一次设备的过电压保护问题研究[J].科学与财富，2016，8（1）.
论文作者:孙亮,于海,李志杰,岳云凯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/6
标签：过电压论文; 电压论文; 电气论文; 变压器论文; 设备论文; 电气设备论文; 谐振论文; 《基层建设》2019年第25期论文;