過電壓保護器使用現狀分析

閆 科,嚴國慶,顧光鎰,陳勇虎,曹學臣

(甘肅金昌奔馬農用化工股份有限公司,甘肅 金昌 737000)

過電壓保護器使用現狀分析

閆 科,嚴國慶,顧光鎰,陳勇虎,曹學臣

(甘肅金昌奔馬農用化工股份有限公司,甘肅 金昌 737000)

講述了氧化鋅避雷器事故率低的原因,分析了串聯間隙存在的弊端。

避雷器;在線監測;串聯間隙;事故隱患

隨著電力系統的發展,電網愈加復雜和龐大,受到過電壓的侵害的幾率也越來越高,針對大氣過電壓的防治,目前國內外主要使用金屬氧化物避雷器(氧化鋅避雷器),其具有殘壓低、無續流、動作時延小、通流容量大等優點,在限制大氣過電壓方面起到較大的作用,得到了大面積的使用。因氧化鋅材料本身的特點,每年的淘汰率居高不下,上世紀90年代初的統計數據約為5%(相/每年),近期隨著氧化鋅閥片質量的提高,淘汰率降到了2%(相/每年),產品的事故率卻不高,基本上在0.18%(相/每年)左右,110 kV及以上的避雷器事故率更低,究其根本原因,主要是因為每年的預防性試驗可以檢測出大批量不合格的產品,而且高電壓等級的避雷器安裝在線監測儀可以實時監測產品的好壞,從而可以避免很多事故的發生,將問題在萌芽狀態下處理掉,確保電力系統供電安全。

隨著真空斷路器的使用,取代原先的少油開關,相比較而言,滅弧能力得到了強大的提升,但隨之而來的操作過電壓幅值也提升了數倍,因此防治操作過電壓的產品也進入電力系統。使用最為普遍的帶間隙三相四柱組合式過電壓保護器,在中性點不接地中壓輸配電系統中被廣泛應用的歷史已近20年。它的一些突出優點已在多篇文章中得到了充分的論述。如發表于2002年第3期《防爆電機》的“真空斷路器操作過電壓分析及限制措施”一文中指出:

1)在 TBP中采用間隙,使氧化鋅和間隙互為保護,間隙使氧化鋅荷電率為零。

2)不存在老化問題,氧化鋅良好的伏安特性又使間隙放電后無截波、無續流,間隙不再承擔滅弧任務,提高了壽命。

3)TBP通過改善間隙的結構及合理選擇間隙之間的介電系數,使沖擊系數接近于1。

4)TBP采用四星形接線方式,可大大降低相間過電壓,與常規氧化鋅避雷器相比相間過電壓下降了60%～70%,保護的可靠性大為提高。另外,相間及相對地的保護水平相同,保護電壓值低,可將操作過電壓可靠限制在被保護設備的絕緣允許范圍內。(TBP為某帶間隙三相四柱組合式過電壓保護器的型號)。

這些優點許多論文多次摘錄,也有著讓人信服的理由,但是就是因為有了間隙的存在,也引發了一些其他的問題。

首先,間隙的存在,切斷了氧化鋅閥片與電力系統的聯系,同時也切斷氧化鋅閥片與監測設備和檢測設備的聯系。1臺帶串聯間隙的過電壓保護器從組裝結束后,一直到產品發生事故,沒有辦法測出氧化鋅是否老化,是否受潮,是否損壞,也就沒有辦法保證產品的安全運行,正常的預防性試驗只是檢測工頻放電電壓,這個檢測項目只能檢測間隙的狀態,除非間隙發生重大形變,否則這個檢測項目作為預防性試驗便一點意義也沒有。在線監測儀也失去了作用,由此引發的問題是,在企業的電力系統內所有的帶串聯間隙的過電壓保護器都會以爆炸而結束自己在系統內的使用壽命。據不完全統計,目前在使用的帶串聯間隙的過電壓保護器有40多萬臺,而且這個數量還在增加,企業的電力系統處于極不安全的狀態。

其次,因為間隙不承擔滅弧能力,因此間隙的制造工藝較差,通流能力極弱,正常檢測時的工頻放電電壓試驗都會造成間隙表面灼傷,可想而知,在過電壓的情況下間隙會發生什么樣的變化,在強電流下,金屬分子游離,噴射在支撐間隙的高壓瓷環上,導致高壓瓷環表面短路,導致氧化鋅閥片直接串接到系統中,因其結構是三相四柱式,每相參數僅為正常避雷器的一半,但很多廠家過分依賴間隙的隔離作用,降低氧化鋅的直流參考電壓,使帶串聯間隙的三相四柱式的過電壓保護器每相的參數比避雷器參數的一半還要低,以10 kV為例,正常避雷器的直流參考電壓為不小于25 kV,但帶串聯間隙三相四柱的過電壓保護器單相的直流參考電壓僅為11.2 kV,這樣在間隙損壞的情況下,荷電率最高可達95.8 %,極易發生事故。

綜上所述,間隙的存在雖然有著許多優點,但帶來的缺點對電力系統來說,就像一個一個不定時的重磅炸彈,三相四柱式的結構雖然可以保護相間,也節省了很多材料,但是帶來的荷電率較高也給產品壽命帶來了隱患。因此需要一種可以在線監測、可以有效預防的組合式產品,用來保護中壓系統的操作過電壓,同時過電壓防護是保護系統絕緣的基礎,避雷器的智能監控也是發展現代智能電網的一個基礎和趨勢。

TM 862.1

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1005-8370(2011)03-15-02

2011-04-19