摘要：随着工业技术的不断发展，铝产品在各领域得到广泛应用；作为加工铝产品的原铝材则是通过冰晶石-氧化铝融盐电解而成，这个过程耗电量（约占总成本的40%）较大，所需电流较高，而所需电源为高压硅整流后供送的大功率直流电源。在电解铝企业中，因电解铝启动成本与运行成本较高，当电解槽启动后，要求中途不能连续停槽10小时，否则电解槽再启动难度很大，风险较高，甚至出现铝液凝固后无法再生产情况；所以，在变配电运行管理中，电气一次设备的性能平稳与否直接关系到高压硅整流供送的正常运行；一次设备发生过电压时，轻则供电网出现供电不稳定情况，重则烧毁电气设备，甚至造成大规模停电或长时间停电，将给电解铝企业带来巨大的经济损失。针对高压变电中复杂多样的过电压类型，需要采取合适的措施进行保护。基于此，本文对电气一次设备过电压保护措施进行分析探讨。
关键词：电气一次设备；过电压；保护措施
1.前言
为有效实现电解铝企业安全、高效生产，进一步提高电解铝产品品质，在电解铝企业中，配套提供直流电源的变配电站在提高电气一次设备的稳定性和安全性控制显得非常重要，企业必须把其列入重要控制点管理。电气一次设备过电压保护技术对于供配电行业的发展来说有着十分重要的影响，科学有效的电气一次设备过电压保护技术可以促进该行业的长远发展，也对电解铝生产企业来说有着十分重要的作用。
2.过电压简介
过电压是指超过正常运行时的电压，该电压可以使电力系统的保护设备或绝缘设备失去保护及绝缘的作用。过电压分为内部过电压和雷电（外部）过电压两部分，在空载线路中极易产生合闸过电压、分闸过电压及电弧接地过电压，较为常见的是电弧接地过电压。而谐振过电压是因持续时间很长的谐振现象在系统电感、电容参数配合不当的情况下导致电压升高，较为常见的有参数谐振过电压、铁磁谐振过电压及有线性谐振过电压。在变配电站中，电气一次设备损坏或因停电等不可避免的因素，均会引起过电压发生。
3.电气一次设备过电压种类及特点
3.1操作过电压
在电气一次设备控制中，一般使用开关操作，由于操作过程没有确切的规律，因此很难进行预防和控制，使之在操作过程不可避免的会发生过电压现象；而且，在某些特殊条件下，操作过电压的电压数值会成倍增长。
3.2工频过电压
通常存在于有一定长度的电气电路中，由于电容效应或电网运行变化而引起，对电气设备造成的伤害较弱，可以说是危险性较小的过电压状态。在雷云放电过程中引起的工频过电压，它不受电气设备自身等级影响，而电压高低程度主要受制于雷击程度的强弱，要想改变其影响程度，只能加强电气设备对于雷击的承受度。
3.3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比较困难。为了规避谐振过电压的产生，在设计和操作电网时，应事先进行必要的估算和安排，尽量避免形成串联谐振回路，或提前采取适当的防止谐振措施。谐振过电压轻者致TV的熔断器熔断、匝间短路；重者则发生避雷器爆炸、母线严重短路、企业用电失电等严重威胁供电系统及电气设备运行的安全事故。
3.4大气过电压
大气过电压一般是由于雷击产生的，在雷击中电路时，电压会升高到一万伏左右，从而产生过电压现象；由于大气过电压属于外部因素造成，所产生的过电压量和电气设备间的关联程度很小。而大气过电压与工频过电压相比持续的过程不长，但具有很强的破坏性，对电气设备造成的损害十分巨大。
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4.电气一次设备过电压保护措施
4.1放电间隙保护
所谓保护间隙，是由两个金属电极构成的一种简单的防雷保护装置。其中一个电极固定在绝缘子上，与带电导线相接，另一个电极通过辅助间隙与接地装置相接，两个电极之间保持规定的间隙距离。保护间隙构造简单，维护方便，但其自行灭弧能力较差；其间隙的结构有棒型、球型和角型三种。棒型间隙的伏秒特性较陡，不易与设备的绝缘特性配合；球型间隙虽然伏秒特性最平坦，保护性能也很好，但它与棒型间隙一样，都存在着间隙端头易烧伤的缺点，烧伤后间隙距离增大，不能保证动作的准确性；而角型间隙近年来被广泛用于配电线路和配电设备的防雷保护。
4.2防雷保护
在雷电过电压造成的损害中，侵入波是影响最为严重的一种因素。侵入波会严重影响电气设备的使用寿命，降低电气设备的安全性。一旦电路系统遭到了侵入波的破坏，就会导致电气设备受损，使整个电路系统瘫痪。因此，在电气设备的使用中，需要通过多种途径进行防雷保护，减少侵入波对电气设备的损害，在日常作业中使用的防雷保护装置一般分为两种：一种是加装电路进线保护装置，提高电气设备的过电压承受能力。另外一种是使用阀型避雷器，该装置可以增加电气设备的安全性和稳定性，减少过电压对电力操作人员的威胁。
4.3设备内部过电压保护
在实际操作过程中，突发事故导致电气一次设备电压升高极易引起线路负荷突变，对于这种情况的防护应在电机侧装设励磁系统，以此达到控制电枢反应的效果。变配电站电气一次设备谐振过电压的产生受到其谐振过电压的持续时间、回路自身特点等因素的影响，本身不稳定的谐振过电压，若持续时间比较长则对供电系统的正常运行影响较大；在使用中，一般采取增加电阻、减少电抗、安装消谐器等方式以抑制设备内部过电压的产生。
4.4励磁变压器的过电压保护
励磁变压器是过电压保护技术中较为常见的一种保护装置，在实际应用中一般通过无间隙避雷器完成电气设备保护工作。我国的电力市场中还未出现定性的励磁变压器产品。目前，针对100赫兹的过电压基本采用阻容器进行过电压保护，主要原因是由于在多种过电压保护装置中，阻容器的老化程度较小，通过合理的仪器保护，可以保证其电阻正常运行，从而实现过电压保护。
4.5出线过电压保护
为了实现对于出线过电压部分的电气设备保护，通常将GIS配电器与AIS配电器共同使用，并保证接地端接触到电缆外皮，使之达到出线过电压保护目的。GIS配电器主要适用于线路长度较长的情况（线路长度≥2km），在其出线连接处安装避雷器，而母线上绝对不能有避雷器；针对110kV和220kV的电压，其电缆段、线路一端必须连接金属避雷器，另一端保持接地；而单芯、三芯电缆也要确保GIS金属外壳保持与大地连接。AIS配电器适用于保护35kV至220kV线路的进线段，而出线在变配电站的情况，应装设避雷器，如果没有变配电站，应将避雷器安装在终端塔处。
结束语：
总之，电解铝企业变配电站的电气一次设备出现过电压故障会对整个企业的生产运营产生影响，这就需要企业管理者必须高度重视这一问题，加强电气一次设备的日常维护保养工作，并对容易发生过电压的部位，事先作出防范性措施，尽可能将过电压产生的影响降到最低，以此保证电气设备及电解槽的可靠运行。
参考文献：
[1]汤世强.关于电气一次设备的过电压保护策略解析[J].科学与财富，2015（22）
[2]电气一次设备过电压保护方案分析与研究[J].张文霞.信息系统工程.2017（12）
[3]电气过电压保护技术的应用与研究[J].赵明，朱钰.科技传播.2015（24）
[4]电气过电压保护技术的应用及其研究[J].尚金金，王峰.山东工业技术.2016（06）
论文作者:毕春梅,赵于昌,叶崇育
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/25
标签：过电压论文; 谐振论文; 设备论文; 电气设备论文; 电气论文; 间隙论文; 避雷器论文; 《电力设备》2018年第8期论文;