电气运行中过电压防护技术及装置性能研究

摘要：电气运行过程中，过电压是导致电力设备损坏和系统故障的主要原因之一。有效的过电压防护技术与装置性能优化已成为电力工程中的核心研究课题。本文基于电气运行特性和过电压成因，深入分析过电压防护技术及其装置性能的研究现状与发展方向。通过对防护技术的分类与应用研究，提出针对性优化策略与性能提升方法。研究表明，合理配置防护装置与科学调整参数能够显著提升电气系统的安全性与稳定性。

关键词：电气运行；过电压防护；装置性能

一、电气运行中过电压的成因与危害

（一）操作过电压的成因及危害

操作过电压通常是在电力设备操作过程中，由于断路器或隔离开关操作引起的电压剧烈变化而产生。在电网中，断路器在开合操作瞬间由于电弧熄灭而导致电压骤升，产生较高幅值的操作过电压。隔离开关在切换操作时因电容效应产生暂态过电压，进一步加剧电气设备的电压冲击。操作过电压会直接导致绝缘损伤甚至设备击穿，对变压器、断路器等核心设备构成严重威胁。在设备的长期运行中，反复出现的操作过电压易引发累积效应，最终导致设备过早老化和性能退化。在特高压输电线路和超高压变电站中，操作过电压的控制尤为重要，需要通过优化开关操作策略和引入抑制装置加以防护。

雷电过电压的成因及危害

雷电过电压是由雷击直接或间接作用于电力系统而引发的剧烈电压波动。直接雷击线路或设备时，会产生高幅值冲击电压，导致设备绝缘损坏。间接雷击通过感应电磁脉冲在输电线路上引发过电压，形成线路上的反向电压波。雷电过电压传播迅速且幅值较大，通常达到数百千伏，极易引发断路器跳闸和设备损坏。雷电过电压不仅直接破坏设备，还会造成电网系统失稳甚至大范围停电。输电线路和变电站防雷保护措施不足时，雷击事故频发，给电力系统的安全运行带来重大隐患。在山区或雷暴频发地区，合理配置避雷针和避雷器是降低雷电过电压危害的重要手段。

谐振过电压的成因及危害

谐振过电压是在电气设备和输电线路运行中，由于电容和电感元件之间形成谐振回路，导致电压急剧升高。当系统固有频率与谐波电流频率相匹配时，电压在共振作用下快速叠加，形成高幅值谐振过电压。谐振过电压常见于中性点不接地系统和长输电线路中，由于线路参数失配或电网运行方式变化而引发。谐振过电压的存在将严重影响设备的耐压性能，可能引起设备内部绝缘击穿甚至大面积停电。在变压器和电抗器中，谐振过电压尤其显著，造成设备损坏和运行风险增大。为了防止谐振过电压，需要科学设计电气参数和合理配置抑制装置，降低谐振概率和电压幅值。

二、过电压防护技术及装置性能优化

（一）避雷器性能优化与应用

在性能优化中，材料选择是基础环节，应采用金属氧化物避雷器（MOA），因其具有优异的非线性伏安特性，能够在高电压冲击下迅速导通，将能量有效转化为热量耗散。在氧化锌晶体的选用上，应注重其颗粒均匀性和纯度，提升避雷器的电流通过能力和抗老化性能。为增强耐候性和机械强度，采用复合绝缘材料，确保避雷器在恶劣环境下长期稳定运行。安装时，应紧靠受保护设备进行布置，并合理设计接地网，避免雷电流反复回流引发二次冲击。雷击多发区域，应通过分段保护和多级避雷器组合，形成阶梯型保护网络，降低雷击过电压的波头冲击强度。为保证避雷器运行状态的实时掌控，应配置在线监测设备，利用状态监测装置进行漏电流和温度数据的实时采集与分析，快速识别性能劣化和异常状态。在数据管理上，结合大数据分析平台，实现运行参数的长期跟踪和变化趋势预测，有效延长避雷器使用寿命并提升过电压防护可靠性。

消弧线圈性能提升策略

在设计选型中，应优先采用自动调谐型消弧线圈，能够根据电网负荷和电容电流的变化，自动调整补偿电感值，确保在谐振状态下实现自动平衡。为提高线圈的响应速度和抗过载能力，铁心磁导率的设计应具备高稳定性和抗磁饱和特性。在制造工艺中，通过采用高品质硅钢片和精密绕制技术，提升消弧线圈的耐热性和耐压性能。在运行管理中，配备高灵敏度的电流互感器和智能控制模块，实现对补偿电流和谐振状态的动态监测。结合微机保护系统，在谐振突发时，自动触发消弧装置迅速投入，有效减少谐振过电压的幅值和持续时间。在工程实践中，配置专用监测终端和数据存储模块，利用历史运行数据分析线圈性能变化趋势，及时进行性能评估和调校，确保装置在复杂工况下始终保持最佳防护效果。

限压保护装置性能分析与优化

限压保护装置是防护瞬态过电压的核心设备，其性能直接决定电气系统的保护效果。在优化设计中，应采用压敏电阻作为核心防护元件，利用其非线性特性在高电压冲击时快速导通，有效限制过电压幅值。为提升压敏电阻的稳定性和耐久性，选用高纯度氧化锌粉末和优化配方，增强抗老化能力和抗湿性。装置内部应增加散热片和热熔保护装置，有效提升在大电流冲击下的热稳定性和持久性。安装布置应靠近高压设备或绝缘薄弱部位，以确保保护区域的全面覆盖和防护有效性。在运行管理中，设置专用的在线监测模块，对压敏电阻的动作响应时间、电压限制能力和内部温度变化进行实时监测与分析。通过数据管理平台，形成运行状态的实时监控和远程预警机制，及时发现性能劣化或失效风险。

智能监测与远程诊断系统建设

在系统建设中，应采用高灵敏度传感技术和先进数据采集模块，实现对避雷器、消弧线圈和限压保护装置的实时监控。监测数据通过光纤通信和物联网技术传输至中央控制室，形成多层次数据共享与分析平台。在状态监测环节，应采用大数据分析技术和人工智能算法，对历史运行数据进行深度学习和特征提取，预测设备性能劣化趋势和故障概率。为增强系统可靠性，应集成边缘计算能力，实现本地化快速响应和初步数据处理。在远程诊断方面，通过建立专家系统和知识库平台，结合机器学习算法，实现过电压事件特征比对和故障原因分析。在系统运维中，构建可视化操作界面，实时呈现保护装置状态和过电压防护效果，有助于运维人员快速判断运行情况和异常状态。结合动态告警机制和应急预案，保障在突发故障时能够迅速采取应对措施，最大限度减少停电损失和设备损坏。

结束语：过电压防护技术及装置性能优化对于保障电力系统运行安全至关重要。通过合理配置防护装置和引入智能监控技术，能够有效防范各类过电压引起的设备损坏和系统故障。在今后研究中，应进一步探索智能防护装置的性能提升策略，加强监测手段的综合应用，持续推动电力系统防护水平的现代化发展。

参考文献

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