試論水電廠電氣一次設備過電壓保護措施
科技專論
作者：韓春輝
【摘要】無論是人們日常生活的電力係統，還是水電廠的電力係統，對電壓的承受力都是有限的。一旦電壓超過限度，將會造成電氣設備的嚴重損壞，甚至導致大規模停電事件發生，這將會對人們日常生活以及企業運營造成嚴重影響，帶來巨大的經濟損失。為了不影響水電廠其電氣設備的正常運行，需要采取一定的措施來達到對設備的過電壓保護。本文以電力係統中不同類別的過電壓為切入點，闡述其特點，並提出解決設備內外過電壓的有效措施，為相關人員提供參考。
【關鍵詞】水電廠；電氣設備；一次設備；過電壓保護
電力係統的工作電壓具有一定極限，在某些特殊情況下，電壓出現異常升高，超過了工作電壓的限度，發生了電磁擾動現象，則被稱作過電壓。一般電氣設備的絕緣部分除了長期受到工作電壓的侵蝕，還會偶爾經受過電壓的傷害。大部分電氣設備在設計時和製造過程中，都為設備配置了一定的承受過電壓的能力，以便電氣設備可以正常運行。然而，這個承受度也是有限的，若過電壓超過幅度過大，將會對電氣設備造成損傷，影響電氣設備的正常運行。
一、過電壓的概念、分類及其特點
（一）概念
過電壓是超過正常工作電壓一定幅度的電壓，這個幅度有大有小，小幅度的過電壓僅會對設備保護部分造成一定的損害，隻有長期積累才會造成明顯傷害。但因為電氣設備的管理人員會對設備進行日常維護，因此可以忽略不計。然而，對於那些超過幅度較大的過電壓，將會對設備的絕緣部分造成毀滅性的傷害，失去了絕緣部分的保護，設備電路直接暴露在過電壓的攻擊下，直接造成設備損壞。
（二）分類及其特點
過電壓可以分為內部和外部兩類過電壓，其下還可以細分。
1.外部過電壓
外部過電壓多源於自然因素，如雷雲放電。按照雷電的發展階段可以分為雷擊過電壓、感應雷擊過電壓以及流動波過電壓。外部過電壓大小與雷擊程度成正比，雷擊越強，過電壓也就越高。而電氣設備的等級則與過電壓大小沒有關係。
2.內部過電壓
內部過電壓的產生原因源自電氣係統的內部能量傳遞與轉化，可以進一步細化為諧振過電壓、工頻過電壓與操作過電壓。
諧振過電壓是危害性較大的過電壓狀態，這種過電壓會對電氣設備造成極大的損壞。諧振過電壓能夠直接傷害中低壓電網，使其運行異常。由於諧振過電壓持續時間長，導致維護措施很難進行。目前針對諧振過電壓的處理，一般都是在設計電路時對可能出現其中的問題級傷害程度進行預估，將諧振過電壓造成的危害盡可能的削弱。
操作過電壓具有偶然性與短暫性，顧名思義，是因為操作原因形成的過電壓。造成操作過電壓的操作，一般是開關操作。操作過電壓沒有確切的規律，因此很難進行預防和控製。在某些特殊條件下，操作過電壓的電壓數值會成倍增長。
工頻過電壓通常存在於有一定長度的電氣電路中，多是由於電容效應或電網運行變化引起的。工頻過電壓對於電氣設備的傷害，綜合來講弱於諧振過電壓與操作過電壓。盡管工頻過電壓的持續時間較長，但其過電壓的倍數卻不與持續時間成正比，一般處於設備絕緣部分的承受限度內，因此對於電氣設備造成的傷害比較弱，是危險性較小的過電壓狀態。工頻過電壓隻有處於超高壓狀態時，還有在遠距離輸電時，才會對電氣設備造成比較直接的影響。
二、水電廠對於電氣一次設備的過電壓保護
若要對電氣一次設備進行有效的保護，就要對其結構和用途進行詳細的了解。水電廠的電氣一次設備主要用於發電、配電以及傳輸高壓電力。其結構主要有發電機、變電器、變壓器，還有開關及電抗器。
（一）勵磁變壓器
過電壓保護器一般為無間隙避雷器，針對勵磁變壓器的保護需要考慮多個問題。首先是氧化鋅的電阻能力，在一般情況下，氧化鋅的電阻不會導通，也會發生連續性動作，以免使非線性電阻發生老化，從而導致短路。非線性電阻的吸收能力也有限，100MHz的連續過電壓即為最高吸收限度。