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摘要：电气一次设备是电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；问题及措施
1 外过电压和内过电压的危害分析
过电压主要是指电压超出电力系统正常负荷范围，电压越小对用电设备的危害就越小。它可以在以后的维护和维修工作中进行调整，但是一旦电压超过正常范围，为了形成大的电压范围就很容易损坏电气设备，甚至造成电力设备的大面积停电，因此，这种情况应该引起我们的特别重视。
1.1 外过电压的危害
过电压可以分为两类，一类是外部过电压，另一类是内部过电压。外部过电压，也称为雷电过电压，主要由外部雷电放电引起。外部过电压的水平取决于雷暴产生的放电量。为了减少外部过电压的影响，可以通过提高电气设备的质量来防止过电压损坏。
1.2 内过电压的危害
内部过电压主要分为谐振过电压、操作过电压、工频过电压三个种类，其影响程度均有不同，因此需要针对单项进行分析。当出现谐振过电压时，中低压电网是首当其冲被影响的目标，此项过电压现象会对中低压电网带来巨大的电压荷载，并长时间的对电网带来损伤，其后期修复工作十分困难；当出现操作过电压时，其影响程度主要会因为操作时产生的电压值数而成倍增长，所以此现象影响程度不稳定，但基于低程度影响的不易察觉特性，往往此现象的影响也会达到相当的高度；当出现工频过电压时，其大部分情况下都只会造成较小的电压影响，但是如果在超高压的条件下，进行远距离输电的基础上，此现象也会对电气一次设备造成直接并具有相当程度的影响。
2 过电压产生的原因
2.1 输电线路原因
远距离特殊高压输电线路是许多水电站厂房输电线路的主要形式，由于输电距离较远，传输方式较为复杂，应作为过电压保护措施的重点对象。在水电站的实际运行中，发电机发生励磁现象，根据物理学的相关理论，励磁现象会导致电磁干扰，使电力设备容易形成过电压。此外，由于各种因素（电容效应、不对称接地等），输电线路的空线在输电过程中也可能形成过电压。
2.2 出线设备原因
雷暴等极端自然现象是外部过电压形成的主要因素。在实际工作中，它在很大程度上会影响电网线路水电站的运行，特别是雷击的情况。由于雷电会直接接触传输线，容易造成电力系统跳闸，严重影响传输线。
2.3 主变压器原因
主变压器侧断路器存在的开断空载现象是水电厂经常会出现的问题，在这种情况下，就会伴有断流器切断微弱电流的情况发生，根据物理学的相关原理与公式可知，当磁场能量完全转化为电能时，绕组上的电容电压会呈最大值，通常情况下，过电压与主变励磁及绕组电压成正比，也就是说，绕组和主变励磁很大程度上影响着电压值的高低，因此主变压器也是过电压产生的原因之一。
3 电气一次设备过电压保护措施探讨
3.1 使用电涌保护器（SHD）
电涌保护器，又称过电压保护器，目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电流。它至少包含有一非线性元件。它可以是单个非线性元件加工成的保护模块，可以是由多个非线性元件的组合，也可以是线性元件和非线性元件的多功能集合体，将过电压限制到指定的水平，或者为系统提供等电位，又称“保持器”。
电源线路SPD，根据用途，有用于暴露环境孤立建筑物引入电源线路的直击雷电过电压防护，有用于城镇建筑群低压电力线的感应过电压防护。防过电流装置，有可恢复和不可恢复两种。220/380V电源线路雷击过电压防护的SPD，属可恢复类型。
3.2 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。近年来角型间隙被广泛用于配电线路和配电设备的防雷保护。
3.3 防设备雷击过电压的保护
由于雷电是产生外部过电压的主要原因，因此很多水电厂通过以下两种方式来避免：（1）保护出线设备，水电厂通过架空的方式来架设出线设备，这样做的原理是，通过降低雷电直接击中线路中绝缘子闪络的次数，从而降低雷电击中线路的概率，从而减少电气设备跳闸的几率，这样就可以尽可能避免电气设备的过电压。雷电击中高建筑物的概率，与以下几项参数密切相关：杆塔高度和形状、接地电阻。因此水电厂在架空出线时，会经过试验分析，选用合适的塔杆接地，从而科学有效的减小因雷电形成过电压的破坏程度。（2）为形成多重保护，水电厂还互铺设其他防雷保护装置，主要的避雷装置包括电容器组、防雷接地、保护间隙、GIS设备等，通过这些保护措施，也可以有效降低过电压产生的损失。
3.4 出线过电压保护
针对出线一次设备进行保护，应当采用GIS、AIS两种配电装置来实现，一般来说GIS装置主要用于2000m以上的架空线路，其安装时必须在出线连接处安装避雷器，但要注意避雷器不可安装在母线上。而AIS装置则主要用于35~220kV的进线段，此装置的安装同样需要避雷器的配合，一般情况下安装要求与GIS相同避免安装在母线上，但基于现况在部分特殊情况下可以安装在母线上。此外AIS装置的安装需要严格注意接地端与电缆金属表面接触，以防出现安全事故。
4 电气一次设备过电压保护设计的相关注意事项
在进行电气一次设备过电压保护设计时，要重点注意以下几种几项内容：
第一，电气一次设备过电压保护设计需要将内外过电压两方面的保护问题落实到实处，尤其要注重内过电压的保护设计。采取一定的手段将电气设备中常态过电压的影响抵消。
第二，将电气过电压保护设计水平与防过电压保护设计（如避雷器等）的参数进行有效的融合，电气过电压的水平要高于防过电压保护设计水平，。
第三，针对高压长距离线路的保护设计，应将并联容量适当的并联电抗器与中性点小电抗器相结合，采取此种方式可以将内过电压的水平控制在较低水平范围内，再使用断路器、并联电阻与氧化锌避雷器结合作为辅助，能够将超高压线路的安全性控制在稳定的范围内。
5 结语
综上所述，首先，电气设备一旦出现过电压问题，对电力系统的运行质量有非常不利的影响，也会影响供电安全，威胁人民群众的安全，同时影响供电服务质量，从而加强用电设备的过电压保护一次非常重要。为了有效保护电气一次设备的过电压，必须做好过电压设计，提高电气设备承受过电压的能力。以上本文重点对电气一次设备电压保护的相关设计进行了深入的分析和研究。希望能为相关工作人员提供参考。
参考文献：
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