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摘要：水电站大多建于山区、河谷等复杂环境当中，其电气系统长时间受到雷电活动、开关操作、接地故障、电网波动等诸多因素的影响，致使过电压风险比较显著。过电压保护与防雷接地设计是否合理，对于发电机、主变压器、母线、开关设备、监控系统的安全运行来说有着直接关联。本文针对水电站电气系统的过电压类型、保护配置、防雷接地设计、运行维护等方面展开分析，并给出优化思路，目的在于提高水电站电气设备的绝缘安全、系统运行的可靠性。

关键词：水电站；电气系统；过电压保护；防雷设计；接地系统

引言

水电站的电气系统有着电压等级较高、设备比较集中、运行连续性较强等特性，要是发生过电压事故，就有可能致使绝缘击穿、设备被烧损、机组停止运行，甚至引发电网出现故障。特别是在雷电频繁发生的地区，输电线路、升压站、厂房金属结构、控制电缆都有可能成为雷电侵入或者感应过电压传播的通道。传统设计里若是只看重主设备容量和接线形式，却忽视了防雷接地、绝缘配合、运维检测，便容易埋下安全隐患。所以，展开过电压保护与防雷接地设计研究，对保障水电站安全稳定发电具备现实意义。

一、水电站电气系统过电压风险及成因分析

水电站电气系统过电压包括雷电过电压、操作过电压、暂时过电压、谐振过电压，其中山区水电站受雷电影响更为显著。电站大多处于河谷、山地等复杂区域，输电线路、高耸构筑物、金属管道有可能成为雷电侵入的通道，要是避雷线、避雷针或者接地系统设计不合适，雷电流容易进入厂区。操作过电压常常出现在断路器分合闸、空载线路投退的过程中，可能会对主变、发电机出口设备、开关柜造成冲击。暂时过电压大多和单相接地、甩负荷、励磁异常相关。可以看出，过电压风险是设备绝缘、保护配置、接地条件、运行环境共同作用产生的结果。

二、过电压保护配置与绝缘配合设计

过电压保护设计需以绝缘配合作为根基，依照设备额定电压、系统接地方式、短路容量、雷电活动强度、运行方式来明确保护方案。金属氧化物避雷器在水电站过电压保护里属于关键设备，要布置于主变压器高低压侧、发电机出口处、母线进出线位置、厂用变压器、长电缆终端等易于承受冲击电压的地方。避雷器参数选择不能仅考虑额定电压，还得对持续运行电压、残压水平、能量吸收能力、短路电流耐受能力展开校核，让其在过电压出现之际能及时发挥作用，且不在正常波动状况下出现误动作或者长期承受过高电压。对于发电机和主变压器这类重要设备，要结合绝缘水平来确定保护距离，防止避雷器距离被保护设备太远致使保护效果降低。升压站进线段能够通过架设避雷线、安装线路避雷器、改善杆塔接地的方式来降低雷电侵入波。要是电站运用了大量电缆连接，还得留意电缆护层接地方式和终端绝缘配合，避免感应电压在护层中累积。合理的过电压保护并非单纯地增加避雷器数量，而是要让保护装置、设备绝缘、系统运行方式建立起协调的关系。

三、防雷接地系统设计的关键要求

防雷接地属于水电站电气安全的关键基础，主要目的是给雷电流、故障电流、静电电荷建立低阻抗泄放通道，与此同时控制跨步电压和接触电压，以此保障设备、人员的安全。水电站接地系统通常需要把主厂房、升压站、金属管道、闸门结构、机组基础、变压器中性点、电气设备外壳等统一连接起来，从而形成等电位接地网络。鉴于水电站地质条件不一样，岩石地基、河谷回填区还有潮湿土层的电阻率存在差异，接地设计需要通过现场测量来确定土壤电阻率，之后选用水平接地体、垂直接地极、深井接地、自然接地体相结合的办法。对于岩石裸露区域，可以利用水工建筑钢筋、压力钢管、基础钢筋网当作辅助接地体，不过一定要保证焊接质量、电气连续性，不能因为施工分段而导致接地断点出现。接地干线要避免单点薄弱连接，重要设备适宜采用双引下线接入接地网。防雷设计还得重视二次系统保护，监控屏柜、通信设备、自动化装置对浪涌比较敏感，需要在电源入口、信号线路、通信接口设置分级浪涌保护器，以此减少雷电感应对控制系统造成的影响。

马海军

湖南湘投和平水电有限责任公司