引言

過電壓保護(hù)器又稱組合式避雷器，是近十多年出現(xiàn)的專用于35kV 以下成套柜內(nèi)，就近與真空開關(guān)配套的過電壓限制設(shè)備，主要用于防止由真空開關(guān)產(chǎn)生的操作過電壓對(duì)電力設(shè)備的侵害，同時(shí)兼有防雷的功能。可有效地保護(hù)母線、真空開關(guān)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電容器組等電力設(shè)備的絕緣不受損害，對(duì)相間和相地的過電壓均起到可靠的限制作用。從原理上講1臺(tái)三相組合式過電壓保護(hù)器可起到6臺(tái)普通避雷器的作用。

義安礦業(yè)部分變電站高壓開關(guān)柜裝有“四星形”接線的過電壓保護(hù)器，每年雷雨季節(jié)來臨前都對(duì)各變電站避雷器做一次預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格的投入運(yùn)行，不合格的進(jìn)行更換。但從近幾年實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地引起故障時(shí)，幾乎都是這類組合式產(chǎn)品發(fā)生過崩潰，而單只氧化鋅避雷器完好。這也驗(yàn)證了許穎教授在《3~66kV 交流無間隙金屬氧化物避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓技術(shù)參數(shù)問題》一文中的描述，換言之，也就是在“四星形”接線中，4個(gè)元件的額定電壓為0.5倍標(biāo)準(zhǔn)單只避雷器的額定電壓，要保證“四星形”接線組合式過電壓保護(hù)器可靠運(yùn)行[1],4個(gè)元件的額定電壓要提高到0.662倍標(biāo)準(zhǔn)單只避雷器的額定電壓，保護(hù)水平提高到1.324倍，但 TOV耐受能力與保護(hù)水平形成了固有的矛盾，所以兩者不能兩全，難以滿足正常絕緣配合的需求[2].

1 有間隙過電壓保護(hù)器存在的問題

1)有間隙過電壓保護(hù)器電氣原理如下頁圖1所示，從原理圖可看出，這類產(chǎn)品為四柱式結(jié)構(gòu)，采用“四星形”接法，兩個(gè)單元分擔(dān)運(yùn)行電壓，當(dāng)一只單元損壞時(shí)會(huì)導(dǎo)致其他單元迅速損壞，這種連鎖反應(yīng)最終會(huì)導(dǎo)致相間短路使得事故擴(kuò)大。對(duì)于無間隙“四星形”接線中，閥片的荷電率較高，老化較嚴(yán)重，若簡(jiǎn)單沿用 GB11032參數(shù)來設(shè)計(jì)“四星形”過電壓保護(hù)器，出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，組合式產(chǎn)品的 TOV 耐受能力將比單只氧化鋅避雷器降低1/3,如果氧化鋅避雷器按3.5p.u值來設(shè)計(jì)，則組合式產(chǎn)品只能達(dá)到2.3p.u.顯然，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中(一般最大過電壓不超過3.5p.u)，出現(xiàn)2.3p.u過電壓的機(jī)率要比3.5p.u高,這是組合式過電壓保護(hù)器事故率遠(yuǎn)高于單只氧化鋅避雷器的主要原因，這也從實(shí)際運(yùn)行中驗(yàn)證了這一點(diǎn);對(duì)于帶串聯(lián)間隙“四星形”接線中，加入火花間隙對(duì)氧化鋅閥片單元進(jìn)行了保護(hù)，使氧化鋅電阻的荷電率為零，雖然提高了產(chǎn)品的使用壽命，但由于間隙的存在很難做到穩(wěn)定且存在沖擊系數(shù)，所以對(duì)高頻的操作過電壓起不到很好的限制作用。由于產(chǎn)品穩(wěn)定性得不到保證，間隙放電分散性大，所以產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行中故障率偏高，并容易造成事故擴(kuò)大。

2)加入間隙的固有缺陷。過電壓保護(hù)器由于火花間隙的加入，保護(hù)特性不再由氧化鋅電阻的非線性特性決定，而是由間隙的放電特性所決定，這導(dǎo)致過電壓保護(hù)器相應(yīng)速度遠(yuǎn)低于無間隙氧化鋅避雷器，絕緣配合非常困難，大大降低了產(chǎn)品的保護(hù)性能。由于有間隙的存在，在正常狀態(tài)下氧化鋅閥片無法形成監(jiān)測(cè)回路，無法測(cè)試氧化鋅閥片是否受潮或老化，只能等發(fā)生事故后退出運(yùn)行，給用戶帶來隱患。

3)制造工藝復(fù)雜，產(chǎn)品穩(wěn)定性得不到保證。制造帶間隙的組合式過電壓保護(hù)器均采用套筒結(jié)構(gòu)，間隙與閥片安置在環(huán)氧套筒里或塑料底盒里。這類產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家簡(jiǎn)單使用密封膠把間隙周圍進(jìn)行密封，沒有做專門的密封設(shè)計(jì)，由于內(nèi)部間隙有空氣存在，過電壓保護(hù)器動(dòng)作時(shí)放電膨脹會(huì)產(chǎn)生“呼吸”現(xiàn)象，導(dǎo)致間隙與閥片受潮，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)造成閥片老化，從而引發(fā)間隙和閥片被擊穿，發(fā)生事故，產(chǎn)品運(yùn)行中密封失效已成為這類產(chǎn)品事故率高的另一個(gè)原因。

4)大部分用戶單位未配置放電計(jì)數(shù)器或在線監(jiān)測(cè)儀，運(yùn)行中是否作用于戶單位不清楚。如果配置了這些附件，動(dòng)作次數(shù)也只能反映間隙的壽命，但是無法得知氧化鋅閥片的老化及損壞情況。

2 過電壓保護(hù)器與避雷器的預(yù)防比較

從表1中可以看出，過電壓保護(hù)器加入間隙后，只能做絕緣電阻與工頻放電試驗(yàn)，嚴(yán)禁做直流1mA參考電壓及0.75參考電壓(1mA)下的泄漏電流試驗(yàn)，即無法判別氧化鋅閥片的好壞。過電壓保護(hù)器做工頻放電試驗(yàn)原理是取三次放電電壓的平均值與出廠安裝使用說明書的技術(shù)參數(shù)值進(jìn)行比較，在合格范圍內(nèi)就判定正常。但是該項(xiàng)試驗(yàn)的本質(zhì)就是做了間隙的動(dòng)作電壓，與氧化鋅閥片的泄漏電流無任何聯(lián)系。假設(shè)過電壓保護(hù)器氧化鋅閥片已經(jīng)受潮或老化，但放電間隙正常，做工頻放電試驗(yàn)也會(huì)合格，此時(shí)的過電壓保護(hù)器就像被貼了合格證的定時(shí)炸彈在高壓開關(guān)柜中運(yùn)行，一旦發(fā)生過電壓時(shí)就會(huì)使過電壓保護(hù)器出現(xiàn)熱崩潰甚至爆炸事故。由于放電間隙的存在，目前還沒有任何試驗(yàn)手段對(duì)過電壓保護(hù)器氧化鋅閥片進(jìn)行檢測(cè)，也無法預(yù)知過電壓保護(hù)器何時(shí)發(fā)生事故。

3 改造措施

根據(jù)考察、調(diào)研、查閱相關(guān)資料，并借鑒國(guó)內(nèi)外多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，義安礦業(yè)引進(jìn)一種新型的六柱全相雙安全保護(hù)裝置，如下頁圖2所示，該產(chǎn)品為無間隙“六元件”結(jié)構(gòu)，采用“Y-△”接線，相地3只接成Y 形接法，保護(hù)相地過電壓，相間3只接成△形接法，保護(hù)相間過電壓，6只氧化鋅避雷器的參數(shù)選擇與標(biāo)準(zhǔn)單只氧化鋅避雷器的參數(shù)完全一致，3只相對(duì)地氧化鋅避雷器就是標(biāo)準(zhǔn)氧化鋅避雷器的運(yùn)行工況，3只相間氧化鋅避雷器不承受接地故障時(shí)過電壓的作用，這使得相間氧化鋅避雷器比相對(duì)地氧化鋅避雷器有著更高的運(yùn)行安全性和可靠性[4].這種新的組合方式完全保持了無間隙氧化鋅避雷器的優(yōu)異特性，即時(shí)響應(yīng)快，相間和相地為獨(dú)立的氧化鋅閥片單元組件，所有氧化鋅閥片單元獨(dú)立運(yùn)行，不會(huì)引起四柱式結(jié)構(gòu)中的連鎖效應(yīng);并通過環(huán)氧樹脂真空澆注工藝解決了產(chǎn)品的密封問題;沒有了間隙的固有缺陷，不存在間隙放電電壓受內(nèi)外環(huán)境影響的問題;結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠，外形及安裝尺寸與“四星形”結(jié)構(gòu)完全一樣，易于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)防性試驗(yàn)，保證產(chǎn)品的運(yùn)行安全性和可靠性。義安礦業(yè)從2012年開始對(duì)部分變電站改造更換為一特六柱全相雙安全保護(hù)裝置，到目前運(yùn)行狀況平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1)目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品為采用“四星形”接法的帶間隙組合式過電壓保護(hù)器，即“采用三臺(tái)避雷器星形連接后經(jīng)第四臺(tái)避雷器接地的接線方式”,其保護(hù)效果差，事故率高。

2)“四星形”接法的組合式過電壓保護(hù)器，無論是否有間隙，在單相接地故障時(shí)，過電壓耐受能力較差，難以滿足正常絕緣配合的需求[5].

參考文獻(xiàn)

[1]許穎。3~66KV 交流無間隙金屬氧化物避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓技術(shù)參數(shù)問題[J].電網(wǎng)技術(shù)。1996(6)：35-39.

[2]艾建紅，康定增，王學(xué)葵，等。組合式過電壓保護(hù)器發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].電力設(shè)備。2012,15(10)：24-27.

[3]閻中華。帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的研究與開發(fā)[J].電瓷避雷器。1990(1)：1-8.

[4]李學(xué)思。三相組合式氧化鋅避雷器[J].電瓷避雷器。1989(1):11-17.