過(guò)電壓保護(hù)器的選擇

組合式過(guò)電壓保護(hù)器是一種新型過(guò)電壓保護(hù)裝置 ，主要適應(yīng)于35KV及以下電力系統(tǒng)中，用以限制雷電過(guò)電壓、真空斷路器操作過(guò)電壓以及電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種暫態(tài)過(guò)電壓，能夠地保護(hù)電動(dòng)機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)、電容器、電纜、母線(xiàn)等電力設(shè)備的絕緣不受損害，對(duì)相間和相對(duì)地的過(guò)電壓均能起到可靠的限制作用。真空斷路器裝置目前的廣泛適應(yīng)，使人們對(duì)由于操作過(guò)電壓引起的危害越來(lái)越重視，而組合式過(guò)電壓保護(hù)器的種類(lèi)較多，使我們?cè)谶m應(yīng)選擇上有很大的空間，但同時(shí)又會(huì)使我們選擇更為慎重。本文旨在探討真空斷路器裝置中組合式過(guò)電壓保護(hù)器(組合式氧化鋅避雷器)的選用問(wèn)題。

?　　2　組合式過(guò)電壓保護(hù)器適應(yīng)的由來(lái)

?　　我國(guó)避雷器產(chǎn)品的發(fā)展歷經(jīng)普通閥型避雷器、磁吹避雷器和金屬氧化物避雷器(MOA)幾個(gè)階段，近年來(lái)避雷器整體制造水平和質(zhì)量都有了很大提高。隨著真空斷路器的廣泛適應(yīng)，為限制其操作過(guò)電壓和避免受電設(shè)備絕緣損害，在限制過(guò)電壓方面采取了許多措施。通常真空斷路器裝置操作過(guò)電壓的保護(hù)裝置有以下幾類(lèi)：

?　　(1)阻容吸收裝置；

?　　(2)無(wú)間隙氧化鋅避雷器；?

(3)帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。?

阻容吸收裝置作用是能緩和入侵到被保護(hù)設(shè)備的過(guò)電壓波的陡度，改善設(shè)備繞組上的電壓梯度，但有體積大，無(wú)明顯過(guò)電壓限制值，吸收過(guò)電壓能量容量小，會(huì)產(chǎn)生高次諧波污染等問(wèn)題。無(wú)間隙氧化鋅避雷器是一種較先進(jìn)的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備，與傳統(tǒng)的碳化硅避雷器相比，在保護(hù)特性、通斷能力和抗污穢等方面均有優(yōu)異的特性，其ZnO電阻片的非線(xiàn)性極其優(yōu)異，使其在正常工作下接近絕緣狀態(tài)。但它保護(hù)殘壓較高，無(wú)法滿(mǎn)足在操作過(guò)電壓下頻繁動(dòng)作的要求，存在工頻老化和承受荷電率和熱平衡條件的限制，這對(duì)于保護(hù)電動(dòng)機(jī)類(lèi)絕緣耐壓水平的設(shè)備來(lái)說(shuō)還存在不足的。帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器由于增加了串聯(lián)間隙，MOA可以用數(shù)量較少的ZnO電阻片，這時(shí)殘壓可以做的很低，如果火花間隙的放電電壓也很低，則可使避雷器既有很低的保護(hù)水平又不致因?yàn)樾孤╇娏髯栊苑至看笠约坝纱藥?lái)的劣化現(xiàn)象和功率損耗問(wèn)題。有串聯(lián)間隙的MOA與無(wú)間隙MOA相比，具有較高的耐受系統(tǒng)暫過(guò)電壓能力，可在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)保證自身安全，而且具有較低的雷電沖擊放電電壓和殘壓水平，可以為絕緣水平比較弱的設(shè)備提供良好的保護(hù)，特別適用于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)使用。?

近幾年來(lái)我國(guó)已研制開(kāi)發(fā)了多種三相組合式有串聯(lián)間隙或無(wú)間隙氧化鋅避雷器，它們?cè)谙嚅g和相地之間都連接有一定比例的ZnO電阻片或帶火花間隙，是一種復(fù)合型避雷器，該過(guò)電壓保護(hù)裝置對(duì)相間過(guò)電壓有比較好的保護(hù)作用。組合式過(guò)電壓保護(hù)器因采用復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，所以在安裝上受開(kāi)關(guān)柜尺寸的影響較小，因此越來(lái)越被人們所認(rèn)可。?

3　組合式過(guò)電壓保護(hù)器間隙結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)?

組合式過(guò)電壓保護(hù)器分無(wú)間隙和有帶串聯(lián)間隙兩種，本文主要探討帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。組合式氧化鋅避雷器由特殊間隙體和氧化鋅閥片(ZnO)組成，根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)家技術(shù)方案不同，間隙結(jié)構(gòu)也不同，間隙主要有四間隙、三間隙、菱形間隙(單間隙)，六間隙等，同時(shí)間隙上有并聯(lián)電阻和無(wú)并聯(lián)電阻兩種。間隙的不同技術(shù)特點(diǎn)也不同。?

(1)四間隙星形接法組合式過(guò)電壓保護(hù)器?

由四個(gè)完全相同的保護(hù)單元組成過(guò)電壓保護(hù)器，每個(gè)單元都有放電間隙和ZnO電阻片構(gòu)成，其接線(xiàn)原理圖見(jiàn)圖一所示。

?　　在該保護(hù)器中采用和放電間隙相結(jié)合使兩者互為保護(hù)。放電間隙使ZnO的荷電率為零，ZnO的優(yōu)異的非線(xiàn)性又使放電間隙動(dòng)作后立即熄弧、無(wú)截流、無(wú)續(xù)流，放電間隙不再承擔(dān)滅弧任務(wù)，沖擊系數(shù)可以達(dá)到1，放電電壓值不隨放電波形變化而變化，因而使用壽命得到提高。該接線(xiàn)方式可將相間過(guò)電壓大幅度降低，與常規(guī)的MOA相比，相間過(guò)電壓下降60%∽70%。在單相接地、間隙性弧光接地和諧振過(guò)電壓下可長(zhǎng)期安全運(yùn)行。由于相相、相地都是雙間隙，每個(gè)間隙承擔(dān)1/2工頻放電電壓，在正常情況下中心點(diǎn)電位是“零”，則由相間隙承擔(dān)工頻電壓，同時(shí)對(duì)地存在寄生電容，寄生電容的存在會(huì)使實(shí)際放電值出現(xiàn)不穩(wěn)定。

?　　(2)三間隙星形接法組合式過(guò)電壓保護(hù)器?

由三個(gè)間隙和四個(gè)單元組成過(guò)電壓保護(hù)器，其接線(xiàn)原理圖見(jiàn)圖二所示。?

其結(jié)構(gòu)與四間隙不同點(diǎn)在于取消了接地保護(hù)單元間隙，相地保護(hù)采用單間隙，接地保護(hù)單元由純電阻性材料組成，在中心點(diǎn)受寄生電容和雜散電容等外界因素相對(duì)小。相相過(guò)電壓時(shí)由相間保護(hù)單元和接地保護(hù)單元共同完成，相相過(guò)電壓也是由兩個(gè)間隙來(lái)承擔(dān)。通過(guò)接地保護(hù)單元的調(diào)整可以使相相、相地工頻放電電壓做成一樣。

?　　(3)菱形間隙星形接法組合式過(guò)電壓保護(hù)器?

由一個(gè)菱形間隙和四個(gè)單元組成過(guò)電壓保護(hù)器，其接線(xiàn)原理圖見(jiàn)圖三所示。

?　　其結(jié)構(gòu)與四間隙星形接法不同點(diǎn)在于采用了菱形間隙結(jié)構(gòu)，將帶串聯(lián)間隙的三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器放電間隙的數(shù)量降到1，從而降低了分布電容和雜散電容對(duì)放電數(shù)值的影響，相間過(guò)電壓和相地過(guò)電壓過(guò)程均由一個(gè)間隙完成。由于間隙和ZnO可以分別裝置， 這樣ZnO可直接和外殼材料熱壓鑄在一起，使閥片周?chē)涨粠缀醪淮嬖冢?在ZnO的密封受潮和防爆問(wèn)題解決的比較好。

?　　(4)間隙并聯(lián)高壓電阻

?　　間隙上并聯(lián)了一個(gè)高壓電阻，在工頻時(shí)，間隙的容抗遠(yuǎn)大于并聯(lián)電阻的阻抗，間隙兩端的電壓取決于電阻的分壓值。在沖擊時(shí)，由于波前很陡，其等值頻率遠(yuǎn)高于工頻，此時(shí)間隙的容抗遠(yuǎn)小于阻抗，電壓分布由容抗決定，故不受并聯(lián)電阻的影響。

?　　在選用組合式過(guò)電壓保護(hù)器時(shí)，先要了解被選產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、ZnO電阻片和間隙的產(chǎn)品質(zhì)量、整體的絕緣性能和密封性能，因?yàn)楫a(chǎn)品的制造質(zhì)量是至關(guān)重要的。同時(shí)必須了解其各性能指標(biāo)全部符合ZBK49005-90《交流有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器》 的規(guī)定，滿(mǎn)足DL/T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

?　　選擇MOA的重要技術(shù)參數(shù)是額定電壓、*大持續(xù)電壓、標(biāo)稱(chēng)電流、雷電沖擊保護(hù)水平、操作沖擊保護(hù)水平等，下面就6-35kV系統(tǒng)開(kāi)關(guān)裝置內(nèi)避雷器選擇進(jìn)行闡述。

?　　(1) 避雷器額定電壓Ur的選擇

?　　a.按避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓UC的選擇

?　　由于6-35kV系統(tǒng)多為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，出現(xiàn)單相接地以后，相對(duì)地電壓上升為線(xiàn)電壓Um(Um為系統(tǒng)*高工作電壓)，屬暫時(shí)過(guò)電壓，故障持續(xù)時(shí)間≥10s，故避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇為：

?　　6-10kV時(shí)UC≥1.1Um ， 則6kV避雷器UC≥1.1x7.2=7.92kV

?　　10kV避雷器UC≥1.1x12=13.2kV

?　　35kV時(shí)UC≥1.0Um ，則35kV避雷器UC≥1.0x40.5=40.5kV

? 　　b.按避雷器暫時(shí)過(guò)電壓Ut的選擇

?　　暫時(shí)過(guò)電壓包括工頻和諧振兩大類(lèi)。只有單相接地引起的工頻過(guò)電壓，才是確定和選擇避雷器額定電壓的主要依據(jù)。根據(jù)電力部1993年10月30日“關(guān)于提高3-66kV無(wú)間隙金屬氧化物避雷器額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓有關(guān)情況的通報(bào)”，3-15.75kV Ur≥1.4Um ，35-66kVUr≥1.3Um 。

?　　實(shí)際選擇中略小于上述值：

?　　6-10kVUr≥1.38Um則6kV避雷器Ur≥1.38x7.2=9.94kV

?　　10kV避雷器Ur≥1.38x12=16.6kV

?　　35kVUr≥1.25Um 則35kV避雷器Ur≥1.25x40.5=50.6kV

?　　(2) 標(biāo)稱(chēng)放電電流的選擇

?　　避雷器的標(biāo)稱(chēng)放電電流In是波形為8/20μs用以劃分其等級(jí)的重要參數(shù)，有1.5、2.5、5、10、20kA等五級(jí)，前三級(jí)分別與中性點(diǎn)、電機(jī)避雷器、電容器避雷器等相對(duì)應(yīng)，電站避雷器則分為后三種，一般6-35kV系統(tǒng)選擇5kA。

?　　(3) 雷電沖擊保護(hù)水平?

避雷器標(biāo)稱(chēng)放電電流(8/20μs)下的殘壓值為避雷器的雷電沖擊保護(hù)水平。陡波標(biāo)稱(chēng)放電電流(1/5μs)下的殘壓值與標(biāo)稱(chēng)放電電流下的殘壓值之比不得大于1.15。?

避雷器雷電沖擊保護(hù)水平應(yīng)滿(mǎn)足保護(hù)電力設(shè)備絕緣配合的要求，即滿(mǎn)足電氣設(shè)備全波沖擊絕緣水平與雷電沖擊保護(hù)水平之比值不得小于1.4。 根據(jù)持續(xù)運(yùn)行電壓查GB11032-2000《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》：

?　　6kV避雷器UC≥7.92kV時(shí)，電站型MOA，殘壓為27kA，配電型MOA，殘壓為30kV；

?　　10kV避雷器UC≥13.2kV時(shí)，電站型MOA，殘壓為45kA，配電型MOA，殘壓為50kV；

?　　35kV避雷器UC≥40.5kV時(shí)，電站型MOA，殘壓為134kA。

?　　(4) 操作沖擊保護(hù)水平

?　　避雷器操作沖擊電流(30～100μs內(nèi))的*大殘壓。操作沖擊絕緣配合系數(shù)，應(yīng)滿(mǎn)足電氣設(shè)備的操作絕緣水平與操作沖擊保護(hù)水平之比值不得小于1.15。根據(jù)持續(xù)運(yùn)行電壓查GB11032-2000《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》：

?　　6kV避器UC≥7.92kV時(shí)，電站型MOA，殘壓為23kA，配電型MOA，殘壓為25.6kV；?

10kV避雷器UC≥13.2kV時(shí)，電站型MOA，殘壓為38.3kA，配電型MOA，殘壓為42.5kV；

?　　35kV避雷器UC≥40.5kV時(shí)，電站型MOA，殘壓為114kA。

?　　另外，還要考慮爬電距等因素，使之達(dá)到交接試驗(yàn)要求。

?　　5　投運(yùn)前的檢測(cè)

?　　為阻止有意外因素對(duì)產(chǎn)品的損壞， 在避雷器投運(yùn)之前，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)及定期檢測(cè)。試驗(yàn)應(yīng)在"相對(duì)相"間及"相對(duì)地"間進(jìn)行，測(cè)量次數(shù)為三次，求其平均值。每二次試驗(yàn)的時(shí)間間隙不小于10S，放電后子0.2S內(nèi)切斷工頻電源。試驗(yàn)時(shí)可在試驗(yàn)變壓器旁邊串聯(lián)一只10A以上的電流表，觀(guān)察電流值，當(dāng)電流發(fā)生突變時(shí)，表明試品已放電，此刻的電壓值即為工頻放電電壓值。若現(xiàn)場(chǎng)有條件，可通過(guò)高壓測(cè)試儀直接讀取脈沖電電壓值。每3-4年應(yīng)做一次工頻放電試驗(yàn)的常規(guī)檢測(cè)。

?　　電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定：35kV及以下的MOA避雷器用2500V兆歐表測(cè)量，其絕緣電阻不低于1000MΩ。

?　　對(duì)無(wú)間隙MOA避雷器還要測(cè)量1mA(直流)時(shí)的臨界動(dòng)作電壓U1mA和75%U1mA直流下的泄露電流 ，測(cè)量的U1mA主要是檢查其閥片是否受潮，確定其動(dòng)作性能是否符合要求。U1mA實(shí)測(cè)值與初始值或制造值相比，其變化不應(yīng)大于5%，U1mA過(guò)高使保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣裕度降低，U1mA過(guò)低使MOA避雷器在各種操作和故障的瞬態(tài)過(guò)電壓下發(fā)生爆炸，測(cè)量75%U1mA下的直流泄露電流，主要檢測(cè)長(zhǎng)期允許工作電流的變化情況。規(guī)程規(guī)定，75%U1mA下的泄露電流不大于50μA。

?　　6　總結(jié)

?　　組合式過(guò)電壓保護(hù)器因采用復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，相間殘壓水平較低，對(duì)相間、相地都有比較好的過(guò)電壓保護(hù)作用。特別是對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)受安裝尺寸影響的場(chǎng)所，相對(duì)單體式避雷器來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)更為緊湊，其優(yōu)越性更為突出，非常適合高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)使用。目前組合式的氧化鋅避雷器可靠程度還在不斷完善，各生產(chǎn)廠(chǎng)家制造工藝水平存在差異，因此在選用時(shí)先是講究產(chǎn)品質(zhì)量。組合式過(guò)電壓保護(hù)器的技術(shù)參數(shù)選擇也是非常重要的，參數(shù)的不同保護(hù)程度也不同，因此在不同的適應(yīng)場(chǎng)合應(yīng)合理選擇其參數(shù)。