一起过电压引起的故障原因分析与防范

李柳涛

（柳州钢铁股份有限公司机动工程部，广西柳州 545002）

引言

钢铁企业由于设备数量多、设备复杂，供电网络也较为复杂。在钢铁企业中，过电压是供电系统最大的危害之一，过电压不但对供电设备的绝缘造成破坏，还造成供电设备的损坏，甚至直接损坏用电设备，导致生产线停产。为有效抑制系统过电压，多在配电系统中采用过电压保护器或避雷器。

1 故障概述

2020年4月，南方逐步进入雷雨季节。某日中午，一声响雷过后，某钢厂6 kV一母线段发出母线接地零序过电压报警，该母线上6个开关柜保护装置发出保护整组启动信号，随即这6个开关柜过流I段保护动作跳闸。工作人员到达现场，发现部分开关柜内避雷器、过电压保护器损坏。

2 原因分析

2.1 故障现象分析

该配电室的供电线路有电缆和架空线，因为在打雷后发生故障，因此怀疑是雷击架空线导致，随即安排工作人员对架空线路进行巡查。巡查后发现架空线路一杆上绝缘子损坏炸坏，导线断开并搭接在杆上金属横担上。后对该线路摇测绝缘，C相对地绝缘为零，确认该回路接地，将该回路与母线断开后摇测母线绝缘，母线绝缘正常。进一步检查损坏的避雷器，均为C相，与架空线接地相相同，于是确定故障原因为该架空线路遭受雷击所致。为确保恢复后的安全，工作人员将该母线段上的所有避雷器拆解下来做泄漏试验，除6个开关柜C相避雷器已损坏外，另两相避雷器泄漏值也超标，该母线段上其它开关柜的避雷器泄漏值均在标准范围内。

2.2 避雷器选型分析

（1）在对避雷器进行试验检查过程中，工作人员发现原使用的避雷器型号有两种，一种为HY5WZ-7.6/27无间隙氧化锌避雷器，另一种为HY5WS-7.6/27无间隙氧化锌避雷器。HY5WZ系列为电站型避雷器，一般用于保护发电厂、变电所中交流电器设备免受大气过电压和操作过电压的损坏；HY5WS系列为配电型避雷器，一般用于保护相应电压等级的开关柜、变压器、箱式变、电缆头等有关配电设备免受大气和操作过电压损坏。该配电室主要是给下级配电室供电，负荷主要为电缆线路，同时带部分架空线路。使用的这2种型号避雷器未根据保护类型选择，降低了保护效果。

（2）避雷器选型的2个重要参数是其持续运行电压Uc的额定电压Ue。避雷器的持续运行电压要求高于或等于作用在避雷器的最高实际运行电压，对于相对地避雷器，持续运行电压通常要高于。其中Um为系统最高线电压的工频电压有效值，因系统可能存在谐波，因此，系统电压高于额定电压，在选型时要进行考虑。考虑到以上特性，由于6 kV系统是不接地系统，因此一般选型原则是要求运行电压等于或高于最高运行线电压，从该项指标上来看持续运行电压是合适的。而避雷器额定电压的选择一般是考虑避雷器安装点的系统暂时过电压，并同时考虑它们的幅值以及相应的持续时间。从这一点来看，参数选择也是正确的。

2.3 确定原因

从以上2点分析，此次避雷器损坏的原因主要是：

（1）由于雷电击坏架空线绝缘子，导线断裂后单相接地，非故障相电压升高，造成该线路所在的母线过电压，过电压持续时间长；同时，雷电在击中架空线路故障相时，故障相线路不是立即烧断，而是经过了一段时间，系统残压较高，超出避雷器的保护能力，导致避雷器损坏，以及同一母线上其它避雷器的损坏。

（2）由于开关柜上错误地选用了电站型避雷器，未能按保护范围选择适合型号的避雷器。

（3）避雷器损坏造成相间短路，从而相起开关柜过流I段动作跳闸。

3 预防措施

3.1 本次故障的防范措施

（1）因外部架空线路较长，部分杆塔所处位置高于周边建筑物，易遭受雷击，因此在部分易受雷击的杆塔上装设线路避雷器，避免雷电直接侵入架空线路。

（2）变电站内的避雷器按保护范围正确选择适合的避雷器。

（3）加强避雷器的预防性试验，定期对避雷器进行预防性试验，检查避雷器的参数性能，对超指标值或指标下降明显的避雷器进行更换，在此特别应注意，更换避雷器时应整组进行更换，而不能仅更换不合格的一支。

3.2 根据电网的特点制定防范措施

钢铁企业中的过电压类型一般有以下几种：

（1）雷电过电压，如上述案例中提到的，其主要原因是雷电直接侵入系统，这类过电压能量大，如果防范不到位，造成的后果非常严重。这类过电压主要发生在架空线较多的场合以及室外设备较多的场合。雷电过电压主要来自于架空线路、室外设备遭受雷击，因此防范架空线遭雷击是减少这类过电压的主要措施，一般采用架设避雷线、避雷针或线路避雷器进行防范。

（2）操作过电压，这类过电压一般发生在断路器开合、故障等情况下，引起系统的状态发生突然变化，使系统从一种稳定状态转变为另一种稳定状态的过渡过程。防范措施一般为选用灭弧能力强的开关、装设高性能的避雷器、开关断口加装并联电阻等，同时要加强系统设备的维护，避免发生系统短路故障。

（3）谐振过电压，这类过电压是电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能量作用下，产生串联谐振现象，会导致系统某些元件出现严重的过电压。谐振过电压对系统的危害也是非常大的，在6 kV不接地系统中一般采用消弧线圈和改变运行方式来消除谐振，主要是改变系统的电容量和电感量参数，从而达到消除谐振的目的。

（4）钢铁企业大都配备自备发电机组，对于不直接上网的发电机组，因外部电网跳闸，有可能会引起发电机组的孤网运行，在发电机组孤网运行的情况下，可能会造成系统的过电压，导致电力事故的发生。为避免这种情况，应设置能稳控系统对孤网运行时的负荷及发电机组进行调节的环节和措施，以减少过电压的发生。

4 结束语

鉴于过电压在钢铁企业电力系统所造成的危害，日常管理中，要特别注重避免过电压的设备设施配置，在技术上加强管理，在设备运行中加强管控，以治为主，以防为辅，通过防治结合，达到减少过电压发生，提高电网安全可靠性，减少电力事故的发生。