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1、过电压保护在电气工程设备中的应用研究摘要根据电气工程设备电压上升方式和产生区域的不同，过电压可分为内部过电压和外部过电压两种，在这种情况下，内部过电压是指电气工程设备本身产生的内部能量，以及操作人员对电气工程设备处理不当造成的过电压，外部过电压是指过电压，由哥暴云放电引起的。任何类型的强过电压都会对电气工程设备的正常使用和使用寿命产生负面影响，如内部过电压不仅会改变电气系统的电压、容量参数，导致大范用停电，还会在电气工程设备运行中产生安全问题，如变质、损坏、损坏、损坏、损坏、损坏等。燃烧，爆炸，导致电气工程设备运行。对有关人员的人身安全和企业稳定发展造成严至负面膨响，为此，本文阐述了电气工程设
2、备过电压的危害，分析/电气工程设备过电压产生的原因，并举例分析了过电压保护在电气工程设备中的应用最后提出了电气工程设备过电压的保护措施.从而保障设备的正常运行和设齐的使用寿命。关健词；过电压保护：电气工程设备：变电站：电网目录弓I言11过电压的分类12过电压产生的原因22.1 电力外输线路22.2 发电机中性点连接22.3 主变压器侧断路器开断空载32.4 自然因素33过电压保护在电气工程设备中的应用33.1 过电压保护在变电站设备中的应用31 .1.1故障过程描述32 .1.2保护动作情况分析33 .1.3故障原因分析44 .1.4应对措施53.2 过电压保护在电网线路工程中的应用53.2.
3、1 2.1中性点不接地系统53.2.2 中性点经消弧线圈接地系统的设置方案83.2.3 中性点经小电阻接地系统104过电压的保护措施114.1 设备内部过电压保护U4.2 设备外部过电压保护124结语12参考文献14引言电气工程设备是可直接应用于生产、使用、转换、分配、运输及电能沟通的电气工程设符的总称，例如，包括发电机、电机、变压器、接触器、断路淞、电抗器,隔离开关、电力电缆、母线、输电线路等。电气工程设备。由于电气工程设省必须直接承载电流电JK和电流，因此对电流系统的稳定电JK值有较高的要求。如果电力系统在运行中超出适当范围，即过电压现象，工厂管理人员必须积极研究电气工程设备的过电压保护措
4、施。1过电压的分类过电压一般分为外过电压和内过电压两大类。外部过电压也称为雷电过电压和大气过电压。大气中的雷雨云排放到地面。有两种类型的直接照明和感应照明“由暴过电压的持续时间约为10微秒，由丁其脉冲特性,通常称为雷暴冲击波。直接雷击过电压是当闪电直接击中电气工程设备的导电部分时发生的过电压。闪电中的带电导体，如架空线路的导体，称为直击雷。在正常情况闪电期间，处于接地状态的导体，如输电线路塔，在电位增加后放电，这称为反击。直击闪光的过电压幅值可达100万伏，会损坏电气设备的绝缘，导致短路的接地错误。感应雷击过电压是指闪电期间电气设备附近的地面。是指电气设备（包括二次设备和通信设备）在放电过程中
5、，由于空间电磁场的强烈变化,不会被宙电直接击中的感应过电压。因此，架空线路必须采用避雷器和接地装置进行保护。输电线路的耐雷性和雷电触发率通常用来表示输电线路的抗雷击能力。改变电力系统内部运行模式导致的过电压。存在瞬态过电压、操作过电用和谐振过电压。瞬态过电压是由断路器操作或短路故障引起的。它是电流系统在智态过程后达到一定的暂时稳定时产生的过电压，也称为工筑电压升离。通常是无荷载长线承载力效应（法苴连接效应）。在工原电源的作用下，沿线电压分布不同，终端电压最高。不对称对地短路.如果接地错误是由三相输电线路短路引起的，则b相和C相的电压会升高。切断过电压如果输电线路发生故障,突然切断负效，电源的电
6、机力没为及时自动调整,导致过电压。工作电压是指断路器操作或突然短路引起的衰减快、持续时间短的过电压。断开怠速管路的过电压。断开空载变压滞的过电压.接地过电压.谐振过电压是指在能源系统中，电感、电容等储能元件在定接线方式下与工嫉发生谐振而产生的过电压。通常是由于线性谐振过电压。铁磁共振过电压。参数谐振过电压。2过电压产生的原因2.1 电力外输线路目前，我国大多数火力发电厂通过连接电气工程设备和长距离高位专用输电线路来建设外部输电线路.这种外部输电线路连接可以有效提高电力系统的传输效率,但由于外部环境和其他因素，例如，发电机和变压器的过励磁，随着系统电压的升高和援率的降低，传输线距离很远，传输过程
7、非常复杂。容易造成电气设备过电压。此外，在实际输电过程中，由于外部输电线路的不对称接地和容量效应等因素的影响，很容易推导出一条特殊的长距离高压输电线路，在传输过程中产生过电压，从而对线路上电气设备的运行产生一定的负面影响。由于供电线路两端开关的分路时间总是不同的,无论是正常工作还是故障触发，负荷线路无论是正常运行还是故障触发都会被切断。如果断路涔的消弧能力不足，并且触点之间形成电孤，则切断负载线的路径电压大于触点之间形成的电弧，通过提高断路器的消弧性能，特别是切断小电流的能力，可以减少电弧新形成的可能性，并降低过电压。2.2 发电机中性点连接为了限制接地电流和防止各种过电压，火力发电厂通常采用
8、将发电机中性点连接到高强度接地的方式.这种高电阻的电阻值通常在几百欧元到几千欧元之间.您可以在发电机中性点和接地之间直接安装一个大电阳，也可以在发电机的中性点和地面之间安装个接地变压器。将变用罂次侧的个小电阻器连接到发电机中性点和变压器二次W1.一次侧阻抗等于二次恻电阻乘以变压器变比的平方。现在大型机组的主要方式是将小电阻与变压器连接。以我厂布置为例，接地变压器变比为270.22kV,变压滞二次侧电阻为0Q882Q,发电机中性点接地电阻计算为1328.2Q。中性点采用高电阻接地的目的是向故障点注入电阻电流，提高接地保护动作的灵敏度，有效防止和减少电气设备在运行过程中产生过电压的问题，它还可以通
9、过高电阻接地来减小电网过电压的大小。中性电阻器对应于与谐振电路电容并联的阻尼电阻器.因此基本上避免在衰减电阻的作用下产生谐振过电压的可能性。2.3 主变压器侧断路器开断空或火电厂电力系统在运行中主变压器侧断路器往往公切断空载，当主变压器侧断路器产生开负载时，断路器桢切断微弱电流，使原本不大的变压器空载电流立即降到零。因此.在变压器的励磁电感上，侧产生非常高的电压，在母线和线路上的绝缘脆弱部分引起事故。2.4 自然因素风、雨、宙、电等极端自然现象不仅会触发电力系统，还会由于雷电与输电线路的直接接触，在电力系统出线设备外造成过电压。相关研究证实，风、雨、宙、电等极端自然现象是造成电网现有线路设备外
10、部过电压的最亚要因素之一。3过电压保护在电气工程设备中的应用3.1 过电压保护在变电站设备中的应用3.1.1 故障过程描述2021年12月，22OkV智能变电站的IlOkVGIS设备聘在耐压测试后恢复供电。IlokV母线I和IlokV母线Il合闸后,IlOkV母线18TV的二次空气开关A、B和C闭合。在此期间，间隙过电压保护器作用于1.5s保护装置组A的中乐侧。延时0.5s后，断路器B组保护装置在1主变三侧跳脱，没有动作记录。3.1.2 保护动作情况分析现场主变保护采用PCS-978GE-D主变保护器，当发生错误时，IlOkVI-BUS电压转换器没有形成空腔来传输1号主变中压（W合并单元B组的
11、保护电压，因此1号主变压涔B组的防护装置不工作。故障VCR停机波形分析结果如下：1）IlOkV母线相电压空开后，个套管组合单元I闭合，B相和C相电压空关分别为0.8s。2.2杪。2） A相电压空开打开后，B相电压空开关打开前，B相和C相产生的电压约为33V和28V,电压相位与A相电压基本相同。此时3U0约为120V,大于自生零序保护定位104V.3） B相电压断路器闭合后,C相电压断路阀闭合前,3U0降至约85V。4）故障波形与电源回路的运行过程和主变压罂的保护效果致，5）对22OkV误差记录微和IIokV误差记录器在误差时刻的波形进行了检查和比较，两套误差记录器在错误时刻的波形基本相同。85
12、.970V-X5.X675.779V-85.895V6.077-86.1V13.081-174392zzzzz-喘葭罂%k端FIIOkVjiC一1.、=1.-ItiJKCHI-WWW嘴嚅龄X6.077V-86.1(X)V图122OkV故障录波图85.984V-85.872V85.783V-85.895VUolA导线电乐A相IIOIA修线电压B相UOIA年我电压C和5.00.015.030.045.060.075.090.0105.0120.0图211OkV故障录波图-15.00,015.030.045.060.075.090.0105.0120.0th.3.1.3 故障原因分析结合现场检查，可
13、以确定过电压保护零序间隙的原因，即电压二次电路中存在寄生电路“当A相电压分闸两次时，产生与BC相A相电压同相的博应电压，主变零序间隙过电压保护由自然产生的零序设置，主变的零序间隙起过电质保护作用。根据现场图纸忒验，11OkV母线电压回路和并联装置采用RCS-9663D电压并联装置。电压监测维电气工程设备存在于电压电路的AB相和BC相之间，以保护电压并联外壳并形成寄生电路。当IlokV母线第成单元I组A的IlOkV母线A相电压的空气开关闭合时，B相和C相的电压被分开，导致Ix主变压罂中压恻的开放空间过电JK保护的效果。电压监测维电气工程设备的电压分布如图4所示。图中Zm为电压监测继电气工程设备的
14、阻抗，Zn为集成单元采样板内的小TV阻抗，Zl为二次电缆芯线的阻抗。当A相电压关闭，B相和C相电压关闭时，A相电压可通过Zm、ZI和Zn分为B相和C相。合月小元电压并列柜0l三-Z1XHTT0X图4电压监视继电气工程设备分压原理图3.1.4 应对措施1）如果外部零序电压的外部二次网路不完善，建议在母线故障时完善外部零序电流的外部二级回路，用于主变压器的零序保护.电路是完美的.试脸后，主变间隙的零序过电乐保护切换到外部零序电压。2）如果智能变电站的外部虚拟零序电压端子不完善，建议配置总线融合单元的外部虚拟零序电压端子，结合主变停电情况，对间隔熔合单元和主变保护室进行改进，将主变间隙零序电压保护改
15、为外部零序电压，确保试脸的到来。如果模型文件和现场安全措施与改进条件不符，应分析运行期间的潜在械应电压并制定计划。3）为r避免主变压器间隙过电压保护失灵，在完成整流措施之前，建议在主变乐器合闸时美闭保护电压绕组的二次分相，然后关闭三相空气开关。3.2过电压保护在电网线路工程中的应用3.2.1 中性点不接地系统针对工矿企业3-35kV中性点供电系统，以及供电和用电特点，结合国内现有技术水平，可设置三级保护的整体保护系统，如图1所示，包括以下设置:图1中性点不接地系统过电压保护设阻图过电压保护器1+能量抑制装置2+单相接地消弧装置3。(1)过电压保护落避雷针设计用于防止宙电引起的相对过电压。目前，
16、公司的供电网络主要是电缆传输线，操作开关主要是真空断路器。在这种供电模式下，系统过电压的主要危险来自内部过电压，包括操作过电压、谐振过电压、间歇性电弧接地过电压、单相金属接地过压等。其表现形式不仅是相对过电压，还包括相间过电压。避雷器的使用已不能满足要求。因此，从20世纪90年代中期开始，工矿公司开始使用大量联合过电压保护。组合过电压保护采用6通道设置，对相间质量和相间具有相同的保护效果，实现了综合保护，大大提高了电源的安全性。保护装置的2ms方波流速远大于避宙器，最大从150A上升到800A,过电压保护本身的安全性也得到J显著提高。组合过电压保护包括无缝组合过电压防护和申联组合过电压防治。由
17、于排间隙的散射较大，口受柱放电脉冲的影响，排组合式过电压保护的事故率太高，因此不建议使用。因此，核模式采用在每个控制柜和PT柜中设置的组合式无间隙过电压保护。主要用于限制断路港断开时在断路器输出侧产生的操作过电压，以及系统外部（波中闪电）和内部（操作、谐振、接地等）产生的I瞬态过电压。该限用装置具有很强的抗冲击性,可以缓解过电压波头的梯度，限制过电压峰值。它是系统过电压保护的第级保护。（2）能量抑制装置过电压造成的损杏由过电压能量决定，因此必须充分考虑各种过电压引起的过电压能量.过电压保护主要针对瞬态过电压设发。过电压能量超过过电压保护的设计可接受能量，导致过电压保护损坏、蓄热甚至热崩溃，通常
18、称为爆炸.能疥抑制装置的功能是在过压保护的能量无法承受时，吸收系统过压产生的能班“功率抑制装置与过电用保护的协调曲线见图2,图2过电压保护与能量抑制装置的曲线配合图图2中的曲线1是过电压保护的非线性特性曲线，曲线2是能量抑制装置的非线性特性线.在第一阶段，当过电压峰值低过电压保护装置的直流ImA电压参考值UlmA时，过电压保护罂和功率抑制装置都处于高电阻状态在第二阶段，当电涌峰值高于过电压保护设备的直流ImA电压参考值UlmA时，但低于功率抑制装置的DCImA电压参考值UlmA,过电压保护已连接，功率抑制装置仍处于高电阻状态，过电压防护限制过电压峰值，降低过电压波头的倾斜度以接收瞬态过电压能量
19、,过电压峰值应限制在电气设备绝缘的可接受范围内。在第三阶段，随着过电压峰值的上升，当过电压峰值高于UImA但低于UlO时，连接功率抑制装置。此时，过电压保护和功率抑制装置处了线路状态，流过过电压保护的电流大于流过功率抑制装置的电流。在第四阶段，当过电压峰值上升到UlO时,它达到保护电元（1）的伏安特性和保护单元（2）的伏安特性的交点，流过保护单元（I）和保护单元的电潦为100陵着过电压的进步增加，流过保护单元（2）的电流迅速增加，流过保护单元（1）的电流绫慢增加。流经保护单元（2）的电流远大于流过保护单元（1）的电流。保护单元（2）可吸收和抑制因过电压引起的突然变化。这样，就可以确定过电压峰值
20、或过电压峰值的极限。通过两个具有不同伏安特性的保护装置抑制过电压能量。两个保护单元的各种非线性氧化锌电阻通过限制过电压峰值和减小非线性高压氧化锌电阻的过电压波头梯度，通过非线性高能氧化锌电阻吸收和抑制过电压能量“当伏安曲线达到IO时，两个保护单元利用其物理特性实现物理转移,以避免已知过电压保护器产生的过电压能量超过保护器的设计容量而造成损坏、坍塌和堤炸，并显著提高了电气工程设备的保护性能。（2）单相接地消弧装置当供电系统发生间歇性电弧接地错误，导致长期间歇性电强接地过电压，并且由于过电压保护和能量抑制装置的控制，电压突变能量无法消除时，单相接地消邨装置直接金属接地，强制消除电弧接地过电压作为供
21、电系统过电压保护的三级保护设置。3.2.2 中性点经消融线81接地系统的设置方案对于工矿企业中由消弧线圈接地的335kV中性点电源，以及消弧线圈的特性和消弧线圈与其他保护装置的配合能力，如图3所示，可以形成四级保护的整体保护系统，包括以下设置：PT柜出线框消弧线圈图3消弧线圈接地系统保护原理图消弧线圈接地补偿装置0+过电压保护器1+能地抑制装置2+单相接地消邨装置3,（1）消孤线圈作为种保护措施，消弧线圈主要针对系统对地浮动电容电流大的问题，这会导致间战性电强接地过电用。主要原理是利用电感电流和电容电流相差180的原理来补偿系统的电容电流。此补偿仅适用于商业过电压。间歇性电弧接地错误通常是高频
22、振动过电压，且消弧线圈无力。此外，消弧线圈对其他原因引起的电网电压突变没有保护作用。电气工程设备在运行过程中会受到两种类型的过电压：外部雷击过电压和电磁能最振荡引起的内部过电压，以及系统参数变化时的积累.宙暴过电压按其成因分为直接宙击过电压、诱发雷暴过电压和雷暴破波过电压,内部过电压主要分为临时过电乐和操作电压过电压。操作过电压包括操作电容器负载过电压、操作电感负载过电压和间歇电弧过电压。根据过电压的持续时间，有瞬时脉冲过电压、短期过电压、长期过电压等。因此，消弧线圈的安装不能取代电源过电压的整体保护设置，但可以降低系统电菰接地的可能性，并可作为整体保护系统的。级保护。外部消弧线圈系统的整体过
23、电压保护系统根据上述W级保护设置，消级级圈设置为。级保护，形成四级保护系统，（2）工作原理消弧线圈已立即预设。如果系统具有间歇性消弧线圈，则消弧线圈会快速补偿系统的浮动电容电流。如果弧光灯关闭时补偿的残余电流低于某个值,则过用控制过程终止。如果消弧线圈补偿中的系统过年是由过压或其他原因引起的，则系统过压控制必须根据上述1-3阶段的工作原理保护系统。特别是，一次保护限压装置使用非线性电阻的物理特性，这与系统的接地模式无关.由r某些原因，达到某一值的是过电压.另一方面，两级保护消能装置和三级保护单相接地装置的作用与消弧线圈及时同步，消弧线圈的作用是瞬时的。消孤线圈达到补偿效果。电弧过电压消除后，三
24、级保护单相接地装置不工作，否则，延时5s后，堆个接地装置的作用是间歇性电孤接地的故障相直接从金属接地，强制消除电弧。延时5s时，应通过设计为超过能量55的能量抑制装置抑制系统过电压。也就是说，在整个过程中，直到消除过电压，确保系统过电压不能超过配电装置的绝缘电阻.3.2.3 中性点经小电阻接地系统工犷企业335kV中压供电系统采用小电阻供电方式。考虑到低电阻接地的工作特性，可以形成具有三级保护的般保护系统，如图4所示，包括以下设置：IOkV母线图4小电阻接地系统保护原理图过电压保护器1+能员抑制装置2+中性点接地电阳3。（1）中性点接地电阻柜小电阻接地装置主要针对单相接地错误，包括金属接地和间
25、歇性电弧接地。中性点通过低电阻接地。主要目标是通过触发故障线路来保护供电系统,以防止长期单相接地错误，而不是所有系统电压的突然变化。无论是什么导致系统过电压，对系统的损宙都是电压突变的幅度和波前梯度以及过电压的持续时间，即电压突变的能量。因此，低电阻接地系统是整体保护系统的一部分，不能取代整体保护系统。（2）工作原理对小电阻中性点接地系统，综合控制柜KYG-I型PT用作总电压保护.KYG-I型PT综合控制柜由PT装置、电源异常监测装置、电用限制版和功率抑制装置组成.它安装在母线上，并由以前的PT外壳替换。KYG-I型PT综合控制柜不设排水装置,其保护功能由小电阻中性点接地柜接管。其他功能同上。
26、中性点由小电阻聊动。整个保护系统的基本原理如下：网络异常监测器实时监测供电网络各种参数的变化，分析电网的弁常变化，评估供电网络异常变化的原因，并进行有针对性的处理。对F供电系统产生的过电压，无论是什么原因，当PT综合控制柜内的过压保护罂和限用装置达到工作值时，当故障发生时，非线性氧化锌电网合闸,这降低了冲击波水头的斜率，限制了过电压峰值。如果过电压是瞬时的，则其他保护装身不需要投入运行，过电压保护过程结束。当系统遭受非接地原因引起的短期过电压时，电压突变的能量超过过电压保护和限压装置的能量接受能力，PT综合控制柜内的能狂抑制装置投入运行，限制过电压并吸收电压突变的能量“当系统发生接地故障时，包
27、括金属接地和间歇性电弧接地，中性点接地电阻屏障和故障传导形成大电流,以实现故障消除保护。另方面，故障排除前和故障排除过程中形成的过电压得到上述两级保护的支持，可以确保电气工程设备在整个过程中的安全。4过电压的保护措施4.1 设备内部过电压保护外部输电线路、发电机中心点连接和其他因素引起的过电压是设备内部过电压的一部分“设备内部过电压通常由手动控制保护.具体保护方法为：（1避免电气设备老化引起的过电乐。接地错误很容易导致设备电压。因此，设备管理人员必须严格维护电气设备,尽量延缓设备老化速度，加强接地设备的检查和预防性维护测试。此外，必须根据单相接地的正常相过电压值谢整合适的防雷设备和消弧电压，设
28、备的接地相电压必须控制在正常电压的08倍以内，以避免单相接地引起的过电压现象，有效减少。（2）避免突发事故造成的过电压。在电力系统运行过程中，在一些事故的影响下，容易引起系统电压的突然升离，从而容易引起电气设招的过电压.为此,有必要改进设备配置，例如关闭线路和电压互）器的开关，选择带并联电容器的开美以及尽可能为电压感应器选择电容式电压感应剂,中性点通过电阻接地。4.2 设备外部过电压保护引起电气工程设备外部过电压的主要因素是宙击等极端自然因素的影响。因此,可以采取以卜保护措施来防止和减少设备外部过电压的发生.：这不仅可以有效地减少雷击出线设备时绝缘子翻转的次数，还可以减少宙击出线设备的次数，有
29、效保护出线设备的线路路径，有效降低电气工程设备跳闸概率，有效防止和减少设备过电压的发生。（2）设备外部设置各种防宙装置。为J减少雷击对电气工程设备运行的不利影响.降低外部过电压的发生率，设备管理人员还在电气工程设备外部提供了各种防雷装置，如GlS设备、防需接地、电容器组等。这些防雷装置可用于集中保护电气工程设备，有效防止雷击造成的过电压损坏。（3）对于变电站系统的避雷针，25项对策要求避雷针在雷雨季节前后每年进行带电交流试验，避雷针停电直流试验应每三年进行一次。工厂等建筑物的防雷装置每年都要进行检杳，整个工厂的接地网每年都要在线接地.必须严格遵守这些要求.4结语电气工程设备对电流系统的稔定电压
30、值有很高的要求.然而，在实际操作过程中，过电压通常是由于电厂自身产生的内部能量、不当操作人员和外部环境因素造成的.旦发生过电压，不仅会影响设备的运行旗量和使用寿命，还会给相关员工和公司的人身安全带来巨大的经济损失。对此，工厂经理必须枳极调查电气设备的过电压保护措施，如防止电气设备老化和突发事故引起的内部过电压。加强对出线设备的保护。通过在设备外部设置各种防需装置，做好了设备的外部过电压保护和主变压器过电压保护。这些措施可以有效地防止和减少电气设备过电压的发生，从而有助于确保设备的正常稳定运行。参考文献1吕维川，方冰.水电厂电气一次设备过电压保护措施研究分析几城市建设理论研究:电子版,2016(
31、10).12杨康，吴玲艳.水电厂电气次设备过电压保护措施探讨川.中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2016:00277-00277.3杜彦飞.电气设备过电压防护U).水泥,201624赵波,王洋.电气一次设备过电压保护问题分析工业C,2016,Ooo(2016年3期):P.97-9799.S罗乐.电气一次设备过电压保护措施探讨通讯世界,2017(12):2.(6武RI宝.HOkV智能变电站电气一次系统及继电保护运维研究DJ.山东大学,2016.(7吴龙开.试论发电厂电气设得过电压保护问题与对策J.精品,2019(5):1.8)闫东明.浅谈水电厂电气一次设备过电压保护措施U1.市场周刊理论版,2019.9刘满.电气一次设备过电压保护的相关问题探讨川.电工技术：下半月，2017(4):2.10马有撼.浅谈水电厂电气一次设备的检修及过电压保护J建筑工程技术与设计,2018.(11王福亮.浅析电气装置过电压的产生与保护科技与创新,2018(11)2(12刘颖畅.电力系统过电压防护以及电气设备的枪测与检修J)中国高新区,2018,000(019):136-137.13杳建华.万安溪水电厂电气一次设备过电压保护问题与对策探讨.福建水力发电,2017(2):2.
