談工廠供電系統(tǒng)過電壓保護

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摘要:在工廠運行體系中，供電系統(tǒng)占據(jù)著十分重要的地位，其主要發(fā)揮驅動力的作用。若供電系統(tǒng)長期處于高負荷裝下運轉，設備內部的電子元件的敏感度會有所降低，會降低其安全性能，尤其是受到外部雷電的作用，會產(chǎn)生過電流和過電壓，會讓設備內部的供電線路產(chǎn)生一定的電流荷載，會加大設備被損毀、被擊穿的風險，導致工廠無法高效而持續(xù)的運作。對此，本文就工廠供電系統(tǒng)過電壓保護展開了相關的分析與研究。

關鍵詞:工廠;供電系統(tǒng);過電壓;保護

供電系統(tǒng)是鋼鐵廠運作的重要基礎，各種機械設備、電子設備等都要借助電力能源開展自身的驅動。鑒于供電系統(tǒng)的實際作用，工廠管理部門通常會對其設定更為專業(yè)的防護性體系，避免內外部環(huán)境的干擾而對整個供電系統(tǒng)造成一定的破壞，會影響工廠高效而順利的運行。然而，即便是基于多重保護的基礎上，整個供電系統(tǒng)還是會存在諸多的安全隱患，其中，以過電壓所引發(fā)的安全隱患是最為嚴重的。受到外部相關因素的影響，致使整個系統(tǒng)中承載的電壓會瞬間增大，若過電壓、過電流等超過預期荷載時，極易引發(fā)運行事故。因此，我們應注重對工廠供電系統(tǒng)過電壓保護體系的不斷優(yōu)化，以保證廠房內全部的電子設備都可以規(guī)范而合理的運行。

一、工廠供電系統(tǒng)過電壓發(fā)生的機理

就工程的電力系統(tǒng)供應而言，供電系統(tǒng)是確保工廠高效運行的重要基礎，然而，會讓整個系統(tǒng)的承載性能變得十分脆弱，且受到外部因素的影響，如若發(fā)生過電壓的情況，會讓瞬間電壓值到達幾十萬伏，容易燒毀設備或導致設備發(fā)生短路的情況，極易造成很大的經(jīng)濟損失。除了相關的內部因素的影響之外，雷電是產(chǎn)生過電壓的主要原因，且感應雷、直擊雷等都會作用于電力設備，如，設備的防護措施不夠，導致雷電會產(chǎn)生較大的電壓，其會瞬間將設備擊穿［1］。一般條件下，雷電是設備接觸時在固定空間中會產(chǎn)生的一種強大磁場，等到磁場或靜電場在設備內會產(chǎn)生高電阻的電磁回路時，某個高電阻點就會滋生強大熱能，會對設備產(chǎn)生強烈的損害［2］。

二、氧化鋅避雷器的結構和特性

(一)結構

氧化鋅避雷器中最重要的元件為氧化鋅壓敏電阻，由于其特性的影響，會導致避雷器的保護性能大大降低。壓敏電阻會和某個開關電壓相呼應，若比開關電壓值低時，表現(xiàn)為高阻態(tài)，即開路;若比開關電壓值高時，則表現(xiàn)為低阻態(tài)。在此種狀態(tài)下，沖擊電流會借助壓敏電阻來釋放到大地中。另外，壓敏電阻還具備比較強的恢復性能，沖擊電壓產(chǎn)生后會快速恢復至高阻態(tài)。同時，在氧化鋅避雷器中會有諸多的壓敏電阻，且壓敏電阻主要以串聯(lián)的狀態(tài)存在，其內部部件主要包括密封膠、絕緣材料、電級與黏合劑等［3］。

(二)特性

(1)具有較強的通流性能。由于受到過電壓的強烈沖擊，會釋放出一定的大電流，待到過電壓散去后即可自行恢復至高阻態(tài)狀態(tài)下，還可予以反復使用。(2)具有較強的保護性能。氧化鋅避雷器屬于當前最為先進的過電壓保護設備，其具有非線性伏安的基本特性，基于正常電壓條件下，內部電流是微安級別。受到過電壓的相關沖擊之后，過電流會借助避雷器來降低電壓，利用殘壓來保護相關的設備，會對設備產(chǎn)生很大的限制，等到釋放完能量后，可采取自我修復的方法來恢復到高阻態(tài)，以更好地保護電網(wǎng)。(3)具有較強的密封性和可靠性。在使用氧化鋅避雷器時，應使用密封膠，主要是為了提高避雷器的密封性，以保證避雷器可以高效而安全的運行。(4)具有一定的機械性能，且抵抗地震、雨雪與拉力的性能較為突出。(5)抗污能力強。伴隨著工業(yè)化經(jīng)濟的發(fā)展，顆粒塵埃相對較多，污染物會聚集到避雷器表面，這樣會泄漏一定的電流，也會影響到避雷器的應用壽命。由于避雷器的抗污性能比較強，可保證避雷器可以可靠而穩(wěn)定的運行。

三、氧化鋅避雷器的多級保護

(一)仿真用波形

為了提升整個低壓電網(wǎng)抵抗過電壓的性能，注重對用電設備的合理化保護，就要選用氧化鋅避雷器，從而開展多級保護模式。開展該研究時，主要是選擇PSCAD軟件來開展仿真操作，旨在獲取前后兩級避雷器的實際安裝與操作方案，可為后續(xù)避雷器的安裝提供相應的理論基礎。一般情況下，電網(wǎng)主要是使用避雷線、避雷針來進行防護，而侵入過電壓則為非直擊雷。通常來講，非直擊雷主要包括傳導雷與感應類。過電壓會通過變壓器的耦合達到低壓一側，且過電壓的實際幅值相對較大，致使雷電波的實際陡度較大，波前也比較短且高頻分量也比較高，主要是為了測試系統(tǒng)和設備出現(xiàn)過電壓時的敏感度如何［4］。波形類型、電涌幅值比較多，為充分了解電涌對電路設備所產(chǎn)生的影響，應結合具體的標準來設定好電涌的幅值、波形等參數(shù)。通常情況下，會把仿真雷擊、靜電放電與快速切投過電壓的波形描述為雙指數(shù)波形。測試波形則是通過分析靜放電、切投過電壓與雷擊感應等而獲取的。現(xiàn)階段，我國主要是借鑒國外IEC標準推薦的相關沖擊波，主要包括8/20μs沖擊電流波與1．2/50μs沖擊電壓波［5］。在該行業(yè)中，最常使用的仿真類軟件是PSCAD/EMTDC，此種軟件適用于非線性系統(tǒng)仿真、交直流電力系統(tǒng)和電力電子系統(tǒng)等方面。在此次研究中所涉及的仿真實驗是把PSCAD作為電磁暫態(tài)仿真軟件，主要是選擇PSCAD仿真程度來仿真該實驗的電涌波形，如圖1所示，常見的幾種電涌波形對應的仿真模型參數(shù)詳見下表。

(二)混合型沖擊波前后端避雷器的有效配合

1．前后端型號不同避雷器狀態(tài)下的配合1．2/50μs-8/20μs混合波主要是國外IEC標準推薦且使用的實施低壓系統(tǒng)避雷器試驗的標準混合波［6］。而8/20μs雷電流波和具體的線路波形很是接近，可以很好的對過電壓進行模擬，且此種波形具有幅值高、陡度大的特性，基于此，會影響到設備的具體性能。結合圖2、圖3我們可以得出，通過軟件仿真可以更為清楚的了解電壓、電流的變化情況，進而獲得電量值，可為設備安裝提供借鑒。2．不同沖擊源幅值條件下避雷器的配合選擇10．0m的電纜，采取高-低配合的方式，并對混合波沖擊源的幅值進行科學的調整，還要對各種參數(shù)值不變的情況下沖擊源的幅值變化情況進行分析，并充分分析首、末兩端避雷器的各種電量值。3．確定電纜長度范圍

經(jīng)過系列的分析和研究，避雷器之間電纜長度未出現(xiàn)變化時，避雷器的信號也是不固定的，對應的電流、電壓和能力也不相同。在應用過程中，電纜長度發(fā)生變化，其對應的參數(shù)值也會發(fā)生變化。鑒于選擇高-低搭配的方法進行仿真，在混合波沖擊波的實際作用下電纜長度發(fā)生變化時避雷器的電壓與電流參數(shù)。首末端避雷器仍然采用高-低搭配的方式，受到混合沖擊波的具體作用，其他的條件不會發(fā)生變化，只是會改變電纜的實際長度，經(jīng)過相關的仿真操作了解到，將電纜長度控制到5．0—20．0m，前后兩級避雷器能夠進行能量的合理化分配，既可保護相關的設備，還可保障避雷器的實際壽命。

四、結語

綜上所述，大部分鋼鐵工程在具體運行過程中均要具備電力能源的支撐，持續(xù)性、穩(wěn)定性的供電模式也是確保整個鋼鐵工程生產(chǎn)與加工的重要基準。若想更大程度上保證鋼鐵工廠供電系統(tǒng)不會受到外部環(huán)境的有效干擾，技術員需要結合容易出現(xiàn)的問題來制定相關的舉措，充分發(fā)揮好氧化鋅避雷器的多級保護作用，注重挖掘其優(yōu)勢，進而更好地保證整個供電系統(tǒng)的安全性。

參考文獻:

［1］申勇．工廠供電系統(tǒng)過電壓保護優(yōu)化研究［J］．科技創(chuàng)新導報，2020，17(15):102-103．

［2］龐勇偉．工廠供電網(wǎng)絡高低壓側過電壓保護系統(tǒng)優(yōu)化與應用研究［J］．科技創(chuàng)新導報，2019，16(22):19+21．

［3］王智遠．工廠供電系統(tǒng)過電壓保護優(yōu)化研究［D］．東北石油大學，2017．

［4］劉瑩．關于發(fā)電機過電壓保護動作的分析與探討［J］．科技尚品，2016(01):219．

［5］田文利．論電力系統(tǒng)中的過電壓保護原理及防護［J］．科技與企業(yè)，2015(11):226．

［6］韓春輝．試論水電廠電氣一次設備過電壓保護措施［J］．科技與企業(yè)，2015(07):179．

作者：馮川 單位：陽春新鋼鐵有限責任公司