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浅析大功率电力装置过电压保护技术

作者：任编辑日期：2015-02-09 09:26 来源：《电子制作》

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【文章摘要】
在电力系统中，大功率电力装置的应用越来越广泛，高压装置的过电压保护变得更为重要。过电压对电气设备有严重的破坏性，一旦长期受到过电压侵扰，就会阻碍电力系统的正常运行。目前，在大功率电力装置使用过程中，采取的过电压保护设备包括排气式避雷器、无间隙氧化锌避雷器等。文章中对电力装置过电压保护进行了介绍，并对重要的过电压保护设备进行了相关探讨，以供参考。
【关键词】
电力系统；大功率；电力装置；电压保护
0 引言
随着电力行业的不断发展，电气设备的使用备受关注，做好电力系统的过电压保护十分重要。在电力系统装置运行过程中，会受到电压的破坏，这种过电压容易导致设备中断，从而引发停电事故，降低了设备的寿命。为此，我们要不断加强电力系统高压装置的过电压保护措施，确保电力设备的安全性。下面我们首先来了解一下电气设备的过电压保护，然后再来重点探讨电力系统高压装置的过电压保护措施。
1 概述
电力设备在运行过程中，会受到一定的过电压干扰，所谓过电压指的是电压异常升高的现象，是电磁扰动的一种表现。造成这种过电压干扰的原因有许多种，主要分为两大类，一类是外部的雷电电压，另一类是内部过电压。其中雷电电压主要是大气雷云放电所致，这种过电压又可以分为感应雷过电压和直击雷过电压两种。一般来说，雷电过电压的持续性比较短，在发生感应雷过电压时，雷闪击到电力装置的附近，在放电过程中，电磁场的变化使得电力装置受到干扰，从而产生过电压反应。而直击雷过电压则是指雷电直接击中电力设备，对电力装置的绝缘性造成了破坏，从而导致了接地故障的发生，引发过电压反应。
内部过电压主要是在电力装置使用过程中，由于运行方式发生变化而导致的，通常将其分为操作过电压、谐振过电压及暂态过电压三种。其中操作过电压主要是在断路器操作过程中，由于操作不当或者短路的发生而导致，这种过电压又包括切除空载线路过电压、弧光接地过电压等。谐振过电压主要是在电力系统中，电感、电容等元件与电源频率发生谐振而产生的过电压问题，主要包括铁磁谐振过电压、线性谐振过电压等。最后，暂态过电压主要是由于短路故障、操作不断给等原因引起的暂时性过电压，主要包括不对称短路接地、甩负荷过电压等。
2 大功率电力装置过电压保护技术的相关探讨
大功率电力装置包括静止无功补偿装置、晶匣管控制串联补偿装置等，这些装置具有连续性强、速度快等优点，在电力系统中的应用十分广泛。针对这些电力装置，我们一定要做好过电压保护。而在进行电力装置过电压保护时，需要用到排气式避雷器、保护间隙及无间隙氧化锌避雷器等。其中保护间隙受外界条件的影响比较大，而无间隙氧化锌避雷器应用比较广泛，具有稳定性强、实用性强等优点，下面我们来分别了解一下几种主要的大功率电力装置过电压保护措施
2.1 无间隙氧化锌避雷器
在大功率电力装置的两端，我们可以运用无间隙氧化锌避雷器，也可称为无间隙MOV，将避雷器放置在需要保护的设备两端，然后运用无间隙氧化锌避雷器将过电压消耗掉，从而达到保护电力装置的目的。目前，在高压直流输电的换流站之中，包括交流滤波器、换流单元、平波电抗器等，这些设置都可以运用无间隙氧化锌避雷器进行过电压保护。除此之外，在静止无功补偿装置中，晶闸管阀也可以运用该种设备进行保护。为了避免晶闸管被触动，在晶闸管阀设计的过程中，要注意将其导通时的氧化锌避雷器电流切换到最大。MOV 电流要按照计算来确定，与此同时，还要将触发时刻的过电压计算到其中。
2.2 晶体管阀构成的保护措施
在静止无功补偿装置中，我们可以通过改变晶匣管阀导通角度的方式来进行过电压保护，也就是运用保护性触发动作，通过电感负荷来控制电压。晶匣管保护串联电容器装置简称为TPSC，在TPSC 的使用过程中，晶匣管阀与同低电抗的L 串联及低品质因数共同组成了保护支路，具体线路如图-1 所示。在TPSC 使用过程中，我们需要将检测线路划分成了两类故障，一类是区外故障，另一类是区内故障。一旦发生区外故障时，大部分故障电流从图中L 处经过，从而控制了C 段的电压。而发生区内故障时，不仅L 路线会触发导通，晶匣管阀也会触发导通，会出现BPS 处合闸现象。
图-1 晶体管阀保护示意图图-2 晶匣管控制串联电容器装置图
2.3 氧化锌避雷器与晶体管阀的有效结合
在大功率电力装置运行过程中，过电压保护可以将上述的氧化锌避雷器和晶体管阀有效的结合在一起，形成更有利的保护措施。图-2 是为晶匣管控制串联电容器装置的线路图，图中VS 也就是指晶匣管阀，而C 则为串联电容器，BPS 则是指旁路断路器，L 便是指相控电抗，D 便是阻尼电路。在故障发生的时候，氧化锌避雷器在电容器的两端进行并联，氧化锌避雷器是用来限制电容器充电电压的。当控制器检测到线路电流、MOV 温度等任意一项超过设定的数值时，需要我们将控制器切换到TPSC 的工作模式中。故障电流一般都是从阀支路流过，可以保护好氧化锌避雷器和MOV。但是，由于在较长的一段时间内，控制器一般在TPSC 命令发出的同时，也发出了BPS 断路器的命令。而断路器的合闸速度相对较慢一些，在晶匣管阀50~100ms 后，断路器将会把BPS 旁路断路器进行合闸。
3 总结
综上所述，目前，大功率电力装置有了很大的发展，其应用领域越来越广泛。但是，在电力装置的运行过程中，会遇到过电压干扰，主要来自内部电气干扰和雷电过电压干扰，其中雷电引起的过电压对电力装置的破坏性较强。在抗过电压干扰的设备中，比较常用的是氧化锌避雷器、无间隙MOV 等设备。在这些过电压保护设备的使用过程中，各有各的特点，需要我们合理的进行选择，不断提高大功率电力装置的保护水平。
【参考文献】
[1] 陈增禄. 交错控制高频隔离的整流侧过电压箝位研究[J]. 电力电子技术，2013(02)
[2] 汤广福. 相似理论在大功率电力电子装置试验中的应用[J]. 中国电机工程学报，2007(22)
[3] 杨智博. 基于MOA 的串联电容补偿过电压保护研究[J]. 电瓷避雷器，2011(02)
【作者简介】
牛蔚然：男，1973.5，山东济南，国网山东节能服务有限公司技术管理中心主任，博士，高级工程师，长期从事电力生产节能技术研究工作