徐 萌
中国石油集团电能有限公司供电公司生产部，黑龙江 大庆 163000
摘 要：随着电力行业发展，电力设备过电压防护技术日益更新，不仅为电气设备安全性提供技术支持，也为电网安全平稳运行提供有力保障。作者结合油田电网实际特点，阐述近年来过电压对电网安全运行的危害程度，通过分析过电压分类及产生机理，从加装过电压防护措施、加强输变电设备绝缘水平、提高新技术应用等方面，介绍了目前高压输电线路和变电站发展过程中采用的过电压防护措施，提出需要因地制宜运用适当的措施做好雷电防护。
关键词：过电压防护；大气过电压；内部过电压；输电线路；变电站
0 引言
随着油田产能建设不断发展，供电负荷不断增加，油田电网逐渐成为为大庆油田采油区块、炼化地区和部分居民区提供供电服务的有力保障，瞬时、乃至长期的电力供应不足或是故障停电，对于原油和化工生产都会带来巨大的冲击和损失。油田电网主要是6～110千伏辐射网络型配电网，总供电量近150亿千瓦时，有320座变电站、650条输电线路，110千伏系统主要采用双回线供电模式，35千伏系统主要采用手拉手式环网设计、开网运行，为中性点不接地系统，采用消弧线圈接地或不接地方式，即35千伏系统发生单相接地时，允许运行2个小时。据统计，近5年输变电设备平均非停次数约45次，过电压跳闸主要集中在雷电过电压跳闸，输电线路平均每年约17次，变电设备平均每年约2次。因此，如何提高油田电网过电压防护能力，对油田产能建设具有重要意义。
1 过电压产生机理
1.1 基本类别
过电压的类别[4]主要包含内、外部过电压两大类，其中：内部过电压又包含操作、谐振和工频过电压；外部过电压又称为大气过电压或是雷电过电压，通常包含直击雷和感应雷。
1.2 内部过电压
操作过电压是在电力系统中由于正常或操作故障时存在储能元件的电感与电容，电路状态发生改变所引起的超过正常工作的电压，如：切、合空载长线路、切除空载变压器、电弧接地等。谐振过电压是在系统电感和电容元件达到谐振条件时产生，通常分为线性谐振、铁磁谐振、参数谐振。工频过电压有工频稳态和工频暂态过电压，中性点非直接接地或经消弧线圈接地的系统中，当发生单相接地故障时，另两非故障相电压升高就是工频过电压的一种。油田电网35千伏系统为经消孤线圈接地的小电流接地系统，其中性点电位可漂移，当发生某相接地时，中性点电位和其它非接地相电位均会升高，系统中绝缘薄弱点可能被击穿，如果故障点产生间歇性电孤，一定条件下会产生串联过电压，其值可达相电压的3倍。
1.3 外部过电压
外部过电压是指当雷云主放电时（放电电流为波头很陡、波幅值很高、衰减很快的冲击波）作用在物体上形成的冲击过电压。“直击雷”过电压是指雷电直接作用于电气设备上产生的过电压；“感应雷”过电压是指雷电直接作用于大地上其它目标后，在电气设备上感应而产生的过电压。当雷云通过线路放电时，线路将瞬间流过数万甚至数十万安培的巨大雷电流，此电流以光速向线路两端涌去，在线路两端产生很高的过电压，大小取决于雷电流幅值与波头陡度。
接地电阻越大、电压降越高，当雷击点与导线之间的电位差超过电气设备或导线绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，这种反击电压有可能击穿设备或线路的绝缘，包括线路上的避雷器。直击雷还可能绕过避雷线直击于输电线路导线或设备上，造成导线闪络。
2 过电压防护技术现状
根据国内外多年运行经验，目前在输变电设备过电压防护技术中应用最为广泛的是主要是防外部过电压，包括常规措施、防雷新技术应用和补充措施。
2.1 输电线路雷电过电压防护措施
2.1.1 科学合理选择线路路径
新建线路前应进行现场勘查，包括地形地貌、气候条件、雷电活动的频繁程度等，合理避开雷电多发区或增加防护措施，如：铁塔周围有水库、土壤电阻率有突变等地区。
2.1.2 合理架设避雷线
线路避雷线是线路过电压防护措施中应用最广泛的措施之一。其主要作用是防止雷电直击导线，此外还具有分流、耦合和屏蔽的作用[5]，降低塔顶电位、塔顶到塔底之间的电位差和导线上的感应过电压。
2.1.3 保证杆塔有效接地
杆塔接地有效性取决于杆塔接地电阻是否在规程规定范围内，杆塔受雷电冲击后，如接地电阻低，则有助于雷电流导入大地；如雷电受阻，则易引起电位升高、造成反击。实际应用的接地和降阻措施如：土壤电阻率低的地区可利用杆塔自然接地，土壤电阻率较高地区可采取多根放射形接地体、连续伸长接地体，施加降阻剂、采用接地模块降阻等。
2.1.4 安装线路避雷器
线路避雷器分为串联间隙型和无间隙型，用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害，其安装位置需要综合考虑雷电活动强度、土壤电阻率、接地电阻情况等。串联间隙避雷器运行中不承受工频电压作用，运行寿命长。无间隙避雷器利用氧化锌电阻片的非线性特性保护绝缘子串，运行中承受工频电压作用，需定期进行性能测试。
2.1.5 架设耦合地线
架设耦合地线的措施，即在导线下方（或附近）架设一条地线，用以增加避雷线和导线间的耦合作用，降低绝缘子串上的感应过电压；且耦合地线还可在雷击杆塔时起分流作用。一般适用于丘陵、山区跨越和土壤电阻率高、降阻困难的地区。
3 采取措施
3.1加强接地测试和接地极升级改造
一是做好测土壤电阻率和电网接地完整性测试，当测试数值不符合要求或怀疑接地网被严重腐蚀时，可进行地网开挖检查；二是逐步更换导电性能优异、有一定抗腐蚀能力且防盗的石墨型接地极，尤其针对供电可靠性要求高的油田产能区、化工区线路优先进行改造；三是在盐碱、沙土等土壤电阻率较高地区采取铜覆钢接地极，提高接地极导电性、抗腐蚀性，同时起到较好的降阻效果。四是结合检修及时更换断裂、锈蚀的角钢接地极，用石墨线修补已破损散股的石墨接地极，保证接地良好、提升耐雷水平。
3.2合理编制避雷器测试计划
目前，输电线路共有避雷器1143组，无间隙避雷器605组，有间隙避雷器538组。按照避雷器数量和运行规程规定的5年检测周期，每年要进行约200组避雷器试验，任务较繁重，但无间隙避雷器不能长期无检测的运行，因此，按5～8年计划优先安排无间隙避雷器进行滚动测试，按运行年限每年抽取40组左右进行试验，同时更换长周期运行的避雷器，保证其运行状态良好。
3.3有针对性选用不同类型的避雷器
在避雷器的选用上要综合考虑避雷器持续运行电压、暂时过电压、避雷器和所保护设备之间的距离等，合理配置避雷器参数，做好绝缘配合。
无间隙避雷器具有伏安特性连续平坦、安装和运行检测方便等优点，多用于发电厂和变电站；在确保杆榙接地良好情况下，安装在连续杆塔上能有效防止闪络。作为变电站线路入口保护装置，在靠近变电站的线路终端杆三相上装设无间隙避雷器，一定程度上可消除靠近变电站的线路反击。增加常断点断路器过电压防护措施，宜在常断点断路器附近加装一组避雷器，通常站内选用无间隙型。
4结语
科学有效的过电压防护技术可以最大程度的保障输变电设备的安全性，并且能够提高设备的使用寿命。本文介绍了目前应用的输变电设备过电压防护措施，结合油田电网现状，提出了一些雷电防护措施，随着过电压防护技术发展，未来会有更多更先进手段得到应用，但在确定输变电设备防雷措施和方案时，需因地制宜，在全面调研和分析当地环境地貌、气候特点的基础上，选择最经济、有效、合理的措施，降低过电压对设备造成的损害，保障电网平稳运行和人员的人身安全。
参考文献
[1] 王顺杰，祝令瑜，汲胜昌，等．高压输电线路和变电站雷电防护的现状与发展[J]．电瓷避雷器，2010(3):36.
[2] 王少玄．高压输电线路和变电站雷电防护的现状与发展[J]．电力科技，2016(36):235.
[3] 张纬钱，何金良，高玉明．电力系统过电压防护及绝缘配合．北京：清华大学出版社，2002:5-47.
[4] 张秀芬．浅谈过电压及其保护．才智，2010(30):36.
[5] 黄庆祥．中压架空绝缘线路雷击断线浅析．农村电气化，2000(2):20.
-----------------------------------------------