水电站中防护和限制超过正常运行电压并对电气设备绝缘有危险的电压升高，以保护电气设备绝缘免受损害。按系统出现的各种过电压和保护装置的特性，来确定电气设备的绝缘水平，以减少绝缘损坏事故。水电站电气设备承受的各种电压见表1。

水电站电气设备正常运行时的工频电压（即正常运行电压），为电站接入电力系统的标称电压以及相对应的系统最高工作电压（表2）。

水电站电气设备可能遭受雷电直击、雷电感应或雷电侵入波引起的过电压。雷电过电压保护分为直击雷保护、感应雷保护和侵入雷电波保护。

雷直击在水电站电气设备上将产生很高的直击雷过电压，会造成电力设备的损坏，一般采用避雷针、避雷线和避雷带进行保护。水电站的室外配电装置，电站地面厂房，油处理室，露天油罐以及易燃、易爆材料仓库等设施一般均装有直击雷保护装置。

避雷针（线、带）由接闪器、接地引下线和接地体三部分组成，是一个释放雷电荷的良好通道。避雷针与避雷线和避雷带的不同之处在接闪器的结构，一个是针状导体，一个是水平线状导体。当被保护物附近上空雷云先导发展到距地面或被保护物体一定高度时，由于避雷针（线、带）高出地面和被保护物体，影响雷云电场发生畸变，引导雷云先导向其自身发展，在绝大多数情况下雷击于避雷针（线、带），而不击于处在避雷针（线、带）保护范围内的设备。

雷击附近物体或地面，由于空间电磁场发生剧烈变化，在线路的导线上或其他金属导体上会产生感应过电压，一般采用电容器、避雷器进行保护。感应雷过电压对35千伏及以下系统绝缘有危害。一般35千伏及以下配电装置电气设备应远离可能遭到直击雷的设备（避雷针、避雷线）和较高的建筑物，设备金属外壳、电缆金属外皮和金属构件等均应接地。当感应雷过电压对设备绝缘有危害时，应适当增大电气设备对地的电容量或采用避雷器进行保护。

输电线路受到雷击，雷电波沿导体侵入水电站内电气设备上，将产生雷电波过电压，一般采用电容器、避雷器以及相应的进线保护段进行保护。侵入雷电波过电压幅值与水电站进线保护段的耐雷水平、雷击点距配电装置的距离、导线电晕衰减、水电站接线、运行方式、设备布置以及避雷器配置有关。水电站内高压配电装置的避雷器配置因接线不同而不同：桥形接线和角形接线的配电装置，避雷器宜配置在送电线路入口处；单母线和双母线接线的配电装置，避雷器宜配置在主母线上，当有旁路母线投运时，出线设备不在主母线避雷器保护范围内，应在旁路母线上设置一组避雷器；一倍半接线的220千伏及以上配电装置，避雷器宜配置在进出线的入口处，如有的设备不在避雷器的保护范围内，可在母线上适当位置增设避雷器。当变压器远离高压配电装置，又不在配电装置避雷器保护范围内时，应在变压器附近设置一组避雷器。对于比较复杂的电气接线和具有电缆的电气接线以及500千伏电气接线，雷电侵入波保护的避雷器配置应采用惯用法进行数值计算。所有避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近设置集中接地装置。

与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器（包括1台变压器与2台发电机相连的三绕组变压器）的低压绕组如有开路运行的可能和水电站双绕组变压器当发电机断开由高压侧倒送厂用电时，为防止变压器高压绕组雷电波的静电感应危及低压绕组绝缘，需在靠近变压器低压绕组出线上安装一组避雷器。

与架空线路直接连接的直配发电机，保护方式应根据发电机容量、雷电活动强弱和运行可靠性的要求确定，需采用电缆段、电感线圈、电容器和避雷器进行联合保护。对发电机出口电压10.5千伏及以下的直配发电机，如需向近区供电且负荷较小，可采用1∶1的隔离变压器供电。

在多雷区，经变压器与架空线路连接的非直配发电机，变压器高压侧的系统标称电压为66千伏及以下时，来自变压器高压绕组的雷电侵入波传递至发电机的电磁感应电压已超过发电机的绝缘水平，应在发电机出口装设一组避雷器；系统标称电压为110千伏及以上时，发电机出口是否装设避雷器应经校验确定，必要时可装设避雷器保护。

电力系统发生故障或操作时会产生具有工频性质的暂时过电压，其幅值和持续时间与系统结构、容量、参数、运行方式，以及各种安全自动装置的特性有关。除增大设备绝缘承受暂时过电压外，还对选择过电压保护装置有重要影响。暂时过电压有工频过电压和谐振过电压。

系统中工频电压升高是操作过电压的强制分量，主要由空载长线电容效应、发电机突然失去负荷和电网单相接地故障等引起。工频电压升得越高，对应的操作过电压也越高，因此，需对工频过电压加以限制。各级电压系统允许工频过电压水平不宜超过表3中所列数值。220千伏及以下系统中，由于绝缘水平较高，能承受可能出现的操作过电压，一般不采取措施限制工频过电压。

表3 工频过电压水平允许值

电压系统		电压水平允许值
3～20kV系统
35～66kV系统
110～220kV系统
330～750kV系统	线路断路器母线侧
	线路断路器线路侧
*，其中为系统工作相电压，为系统最高电压，单位为kV

330千伏及以上系统中，线路较长时，在正常送电状态下突然失去负荷或在线路受电端有接地故障情况下突然失去负荷时，可能产生幅值较高的工频过电压。当工频电压升高超过容许值时，一般采用在线路上适当位置安装并联电抗器加以限制，也可在线路上架设良导体避雷线降低工频过电压。

各级电压系统均应采取措施，防止在电力系统操作和故障情况下，由于电感、电容参数的不利组合引起的谐振过电压。谐振过电压一般具有工频性质，持续时间较长，对系统中电气设备的绝缘危害极大。谐振过电压不能采用避雷器进行限制，应尽量调整系统参数，避免在各级电压系统中出现谐振过电压，或者采用保护装置限制过电压幅值和缩短持续时间。水电站产生的谐振过电压一般有线性谐振过电压、参数谐振过电压、铁磁谐振过电压。

①线性谐振过电压。在系统操作或发生故障的情况下，由于电感、电容参数的不利组合使系统发生谐振而引起的谐振过电压，其谐振的参数均为线性。一般线性谐振过电压有消弧线圈补偿电网过电压、变压器电容传递过电压、高压并联电容器非全相运行过电压。

②参数谐振过电压。由于参数本身的变化引起参数不利的组合使系统发生谐振而引起的谐振过电压。参数谐振过电压有自励磁过电压、自参数谐振过电压、水轮发电机不对称短路过电压。

③铁磁谐振过电压。具有铁心电感元件的设备，因系统操作或发生故障引起设备上电压升高或产生励磁涌流，都会导致铁心饱和。在谐振频率下，当感抗与容抗值相等时，就会引起铁磁谐振过电压。铁磁谐振过电压有电磁式电压互感器引起的铁磁谐振和非全相运行的空载或轻载变压器引起的铁磁谐振两种。

电力系统发生故障或操作的瞬时，由于稳态电压的变化而产生电压自由振荡所形成的过电压。操作过电压种类较多，水电站常遇到的操作过电压有间歇性电弧接地过电压，空载线路分、合（重合）闸过电压，空载变压器和并联电抗器分闸过电压，线路非对称故障分闸和振荡解列过电压等。

在中性点不接地系统中，当单相接地故障电流超过一定数值时，将产生不稳定电弧，形成熄灭和重燃交替的间歇性电弧，导致电磁能的强烈振荡，并在健全相以至故障相中产生较高的过电压。过电压数值随接地方式不同而异，一般情况下中性点绝缘系统不超过3.5，消弧线圈接地系统不超过3.2，电阻接地系统不超过2.5。由于持续时间较长，对设备绝缘有危害，应尽量避免发生。对持续时间较短的电弧接地过电压，可采用无间歇金属氧化物避雷器加以保护。

空载线路在分闸过程中，当断路器触头间的绝缘恢复强度低于电压恢复强度时，断路器发生一次或多次重击穿，使线路上电压发生振荡，产生分闸过电压。重燃相位和电弧熄灭角度都具有随机性，呈正态分布。空载线路分闸过电压是控制220千伏及以下系统操作过电压绝缘水平的主要依据。对3～66千伏中性点不接地系统，空载线路分闸过电压一般不超过4.0；对110～220千伏中性点接地系统，一般不超过3.0。采用不重击穿断路器是限制分闸过电压的有效措施。线路侧采用电磁式电压互感器，可泄放线路上的残余电荷，降低触头间恢复电压，避免断路器重击穿或降低重击穿过电压。330千伏及以上系统应采用不重击穿断路器。

空载线路合闸时，由于合闸瞬间电源电压和线路电压不等而导致线路发生电感、电容振荡，产生合闸过电压。线路重合闸时，由于电源电动势与线路上残余电荷的反极性，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步增高。空载线路合（重合）闸过电压是控制330千伏及以上系统操作过电压水平的主要依据，必须将其限制在系统允许的操作过电压范围内。限制合（重合）闸过电压的措施有：①采用无间隙金属氧化物避雷器保护。②采用避雷器限制达不到要求时，可选用具有合闸电阻的断路器。③采用人工智能电压过零合闸装置。

空载变压器和并联电抗器分闸时，由于断路器强制熄弧引起电磁能转换振荡而产生的过电压。采用灭弧性能较强又无分闸电阻的断路器，断开励磁电流标幺值较大的空载变压器时，会产生较高幅值的过电压，可在断路器与变压器（并联电抗器）之间装设避雷器予以限制。

系统送受端联系薄弱，如线路因非对称故障导致分闸，或在系统振荡状态下解列，将产生线路非对称故障分闸或振荡解列过电压。当过电压幅值较高时，应采用线路避雷器加以限制。

根据系统运行的统计，各级电压系统允许操作过电压水平不宜超过表4中所列数值。

表4 操作过电压水平允许值

对地绝缘	3～66kV
	110～220kV
	330kV（2%统计过电压）
	500kV（2%统计过电压）
	750kV（2%统计过电压）
相间绝缘	3～220kV
	330～750kV

确定电气设备的绝缘水平，以适应电力系统采取各种保护措施后可能出现的各种过电压的数值，使绝缘损坏事故率减少到电力系统可以接受的程度，并做到技术、经济合理。电气设备的绝缘配合有雷电过电压绝缘配合和操作过电压绝缘配合。

对电气设备雷电过电压的绝缘配合主要有相对地绝缘配合和相间绝缘配合。

①相对地绝缘。对受避雷器保护的设备，其额定全波雷电冲击耐受电压由避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合系数1.4计算选定。截波雷电冲击耐受电压为全波雷电冲击耐受电压的1.1倍或高一级绝缘水平。

②相间绝缘。相间绝缘的额定雷电冲击耐受电压均取相应的相对地绝缘的耐受电压值。330千伏及以上开关设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压为相对地额定雷电冲击耐受电压加反极性的工频电压幅值。

对电气设备操作过电压的绝缘配合主要有相对地绝缘配合和相间绝缘配合以及开关设备纵绝缘配合。

①相对地绝缘。对220千伏及以下设备，其额定短时工频耐受电压由统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平乘以配合系数1.15折算工频电压选定。对330千伏及以上设备，其额定操作冲击耐受电压由统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平乘以配合系数1.15计算选定。

②相间绝缘。对220千伏及以下设备，其相间绝缘的额定短时工频耐受电压均取相应的相对地额定短时工频耐受电压值。对330千伏及以上设备，其相间绝缘的额定操作冲击耐受电压为相对地额定操作冲击耐受电压乘以1.5计算选定。

③开关设备纵绝缘。330千伏及以上开关设备纵绝缘的额定操作冲击耐受电压为相对地额定操作冲击耐受电压加反极性的工频电压幅值。