92#站金屬氧化鋅避雷器的選擇

陳 曦

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

為防護感應雷或電力系統的操作過電壓及工頻暫態過電壓對高壓電氣設備造成的危害，92#站（電氣系統圖見附圖）不論35kV 還是10kV 系統都采用普通閥型避雷器，型號分別是FZ-35、FS7-10，這種在92#站建站時就使用的避雷器已被新型避雷器所取代，這就是金屬氧化物避雷器。它是常規避雷器中較先進的產品，它的優點是保護性能好、無續流、耐重復動作能力強、殘壓低、通流量大、性能穩定、抗老化能力強，已在世界各國廣泛使用。

1 92#站10kV及35kV系統避雷器的選擇

1.1 避雷器額定電壓的選擇

避雷器額定電壓是施加在避雷器端子的最大允許工頻電壓的有效值，它是表征避雷器運行特性的一個重要參數。由于電力系統的標稱電壓是系統相間電壓的標稱值，而避雷器一般安裝在相對地之間，正常情況下避雷器上加載的是相電壓和暫時過電壓，所以它不等同于系統的標稱電壓。在相同的系統標稱電壓下，避雷器的額定電壓選的越高，在運行時通過避雷器的泄漏電流越小，對減輕避雷器的劣化有利，可以提高運行的可靠性。但另一方面，避雷器的額定電壓選得越高，其相應的殘壓值也提高了，在同樣的絕緣水平下，其保護裕度將會降低。所以必須選擇合適的額定電壓，才能保證避雷器真正起到保護設備的作用。

由DLT804-2002[3]可知，避雷器的額定電壓Ur：

式中：k——切除單相接地故障時間系數，10s 及以內切除的k=1，10s 以上切除的k=1.25～1.3

Ui——暫時過電壓(有效值)，它與系統最高電壓Um 有一定的比例關系

所以，避雷器額定電壓選擇的原則是：只要滿足與被保護設備之間的絕緣配合，避雷器的額定電壓的數值可以選的高一些，它的取值應能承受所在系統的暫時過電壓和操作過電壓，不低于持續運行電壓。

表1 暫時過電壓和避雷器的額定電壓(有效值) （kV）

表2 避雷器的分類 （kV）

按中性點接地方式：系統分為直接接地和非直接接地兩種，對應的暫時過電壓取值見表1，35kV92#變電站為中性點非直接接地系統。

1.2 避雷器標稱放電電流的選擇

避雷器的標稱放電電流是用于劃分避雷器等級的、具有8/20μs 波形的雷電沖擊放電電流的峰值，它分為1.5kA、2.5kA、5kA、10kA、20kA共5個等級，在避雷器的額定電壓確定后，對照DLT804-2002[3]中避雷器的分類，見表2，可查出相應的避雷器標稱放電電流等級，一般保護35kV 以下的設備的避雷器選用5kA 的等級。

表3 各類設備的雷電沖擊耐受電壓 （kV）

1.3 避雷器雷電過電壓保護水平的選擇

無間隙金屬氧化物避雷器的雷電過電壓保護水平完全由它的殘壓來確定，它是雷電流通過避雷器時產生的壓降，按照《高壓輸變電設備的絕緣配合》GB311.1-1997[4]，可查出被保護設備的額定雷電沖擊耐受電壓值，如表3 所示，除以相應的雷電過電壓配合系數kc，就得到保護該設備的避雷器雷電過電壓保護水平（即殘壓）Up：

式中：Ub——雷電沖擊耐受電壓（kV）

該值在允許范圍內取值越小，保護效果也越好。由GB311.1-1997[4]可知：中性點非直接接地一般應滿足kc≥1.4，中性點直接接地一般應滿足kc≥1.25。在確定避雷器的額定電壓和標稱放電電流后，再根據GB11032-2000[2]選取避雷器。

1.4 92#站10kV 及35kV 系統避雷器的選擇

由式（1）可知：避雷器額定電壓Ur≥kUi

接地故障10s 及以上切除：k=1.25

1.4.1 對10kV 系統

由資料（DLT804-2002[3]表6）避雷器額定電壓Ur 的建議值得：Ur=17kV，標稱放電電流為5kA。

由資料查得：10kV 高壓電器設備的雷電沖擊耐受電壓值為75kV，配合系數kc取1.4，則由式（2）得殘壓：

由資料查得：殘壓值為50kV，則10kV 設備的避雷器選擇為YH 5WS-17/50，這是復合外套式金屬氧化鋅避雷器，標稱放電電流為5kA，額定電壓17kV，殘壓50kV。

1.4.2 對35kV 系統

由資料查得：（DLT804-2002[3]表6）避雷器額定電壓Ur 的建議值得：Ur=54kV，標稱放電電流為5kV。

由資料查得：35kV 高壓電器設備的雷電沖擊耐受電壓值為185kV，配合系數kc取1.4，則由式(2)得殘壓：

由資料查得：殘壓值為134kV，則35kV 設備的避雷器選擇YH 5WZ-54/134，這是復合外套式金屬氧化鋅避雷器，標稱放電電流為5kA，額定電壓54kA，殘壓134kA。

表4 避雷器額定電壓Ur 的建議值 （kV）

表5 典型的電站和配電用避雷器參數 （kV）

2 92#站10kV 及35kV 系統金屬氧化鋅避雷器的保護距離

由于避雷器只能保護一定電氣距離范圍內的電氣設備，所以下面我們計算92#變電站10kV 設備所選YH 5WS-17/50、35kV 設備所選YH 5WZ-54/134 避雷器是否滿足電氣距離的要求。由DL/T620-1997[5]《交流電氣設備的過電壓保護和絕緣配合》可知，避雷器與被保護電氣設備的最大電氣距離由下式確定：

由：Ub=Up+2ɑ×Lmax/v=Up+2ɑb×Lmax

得：Lmax=（Ub-Up）/2×ɑb（3）

式中：Lmax——避雷器保護的最大電氣距離（m）

Ub——雷電沖擊耐受電壓（kV）

Up——避雷器的殘壓（kV）

v——雷電波波速（光速km/s）

ɑ——雷電侵入波的時間陡度（kV/s）

ɑb雷電侵入波的空間陡度(kV/m)

2.1 35kV 設備所選YH 5WZ-54/134 避雷器的最大電氣距離

92#變電站35kV 進線為兩路進線，且兩路均有進線避雷器，它限制了雷電侵入波的侵入陡度，根據規程取ɑb=0.5kV/m。雷電沖擊耐受電壓為185kV，所選避雷器殘壓為134kV，則由式（3）得：

2.2 10kV 設備所選YH 5WS-17/50 避雷器的最大電氣距離

92#變電站10kV 進線也為兩路進線，且兩路均為電纜進線，根據規程取ɑb=0.5kV/m。雷電沖擊耐受電壓為75kV，所選避雷器殘壓為50kV，則由式（3）得：

3 結論

由以上計算得出的避雷器保護的最大電氣距離Lmax均大于92#站10kV 及35kV 系統避雷器實際安裝位置到各高壓電氣設備的電氣距離，故所選避雷器能夠滿足92#變電站對防護雷電過電壓、操作過電壓及暫態過電壓的要求。正如GB311.1-1997[4]《高壓輸變電設備的絕緣配合》所述，避雷器對高壓電氣設備的保護與它的保護距離和保護接線有很大的關系，但對于220 以下的變配電站，無論電氣主接線形式如何，只要保證在每一段可能單獨運行的母線上都有一組避雷器，就可以使整個變電站得到保護。

［1］張緯拔，何金良，編.過電壓防護及絕緣配合[M].清華大學出版社，2002，5.

［2］GB11032-2000 交流無間隙金屬氧化物避雷器[S].

［3］DLT804-2002 交流電力系統金屬氧化物避雷器使用導則[S].

［4］GB311.1-1997 高壓輸變電設備的絕緣配合[S].

［5］DL/T620-1997 交流電氣設備的過電壓保護和絕緣配合[S].