工廠供電網絡高低壓側過電壓保護系統優化與應用研究

龐勇偉

摘 ? 要：雷擊產生的過電壓和過電流超過工廠用電設備耐壓值時，會對用電設備造成損害，甚至引發電氣事故，這需要運用避雷器進行過電壓保護，將過電流引流至大地，為電子元器件與高低壓電氣設備提供安全保障。本文通過分析氧化鋅避雷器的在線監測系統優化，研究金屬氧化物避雷器的安裝，以及MOA在線監測系統的優化設計，為工廠供電網絡提供保護。結果顯示，金屬氧化物避雷器在工廠供電網絡過電壓保護中能夠發揮重要作用，提高避雷器監測效果，有效地保護了工廠供電網絡的高低壓電網穩定運行。

關鍵詞：工廠供電 ?過電壓保護 ?避雷器 ?在線監測

中圖分類號：TM862 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0019-02

隨著我國電力技術的不斷提高，電壓等級不斷提升，一旦供電系統遭受雷擊，將嚴重影響供電系統的安全、穩定運行，進而影響工廠的正常生活活動。工廠電氣設備隨著技術的提升，元器件性能大幅提升，尺寸則大大下降，進而帶來耐過電壓能力弱等問題，因此對工廠電器設備進行必要的過電壓保護十分必要。由于雷電高電壓、大電流、瞬態性等特點，需要在供電網絡安裝避雷器進行保護。在工廠供電網絡中，常用避雷器為氧化鋅避雷器，但其容易受到外界環境的影響，長時間不維護容易產生老化、受潮、損壞等問題，因此需要對避雷器的運行情況進行在線監測，并對系統進行適當的改造優化，進而維護工廠供電網的穩定運行。

1 ?氧化鋅避雷器的在線監測

1.1 金屬氧化物避雷器運行故障機理

實踐總結發現，氧化鋅避雷器在正常運行中，由于受潮而產的損壞占比過半，比外避雷器老化、閥片溫度系數過大等也是造成避雷器故障的重要原因。研究表明，避雷器受潮導致其內部氧化物閥片老化，進而降低避雷器非線性特征。整體來看，造成金屬氧化物避雷器運行故障的主要原因有老化現象、熱擊穿現象、受潮現象、受氣候影響、避雷器外套表面的污穢狀況等。金屬氧化物避雷器運行故障的原因能夠通過高次諧波測量來確定，因此對MOA在線監測，對降低金屬氧化物避雷器運行故障十分必要。

1.2 MOA在線監測因素與監測方法

試驗表明，MOA氧化鋅避雷器在線監測的穩定性、實時性與準確性受到多因素影響，從MOA的伏安特性來看，在限壓與恢復兩個階段，其伏安特性曲線呈現兩種形態。在小電流區域，電壓與電流接近線性關系，進入中電流區域后阻性電流增加，避雷器內部電阻片的電壓電流為非線性關系，當進入高電流區域后，電流電壓迅速升高。當避雷器中阻性電流的增加導致熱損耗增加時，避雷器容易引發熱崩潰，進而造成故障。由此可知，氧化鋅避雷器在線監測的方法可選擇紅外線測試法、POW法、數值計算法、零序電流法、基波監測法等。

1.3 外界環境對MOA在線監測的影響

從外界環境的主要影響因素來看，溫度和污穢容易引起避雷器泄露電流，改變避雷器絕緣參數，給其在線監測帶來影響。信息傳輸誤差是信號受到強電干擾而在傳輸過程產生的失真現象。二次負荷變化引起角差變化，造成TV相移，是測量結果出現偏差。兩種電網諧波電流疊加產生復雜關系，使泄露電流里存在容性諧波電流，需在監測中考慮榮幸諧波分量，否則會出現誤判。

2 ?金屬氧化物避雷器及在線監測系統安裝

2.1 安裝問題及安裝方式

電器工程實踐發現，氧化鋅避雷器安裝中常出現的問題主要有：安裝位置不當致使失去保護作用;避雷器數量不匹配影響保護效果，比如數量過多則造成經濟上的浪費，數量不足則達不到保護要求;在選擇避雷器連接用導線時，橫截面積不準確也會導致保護效果不佳。

在氧化鋅避雷器的安裝中，需要結合工廠供電系統的實際情況，選擇合理的額定電壓避雷器。即額定電壓需接近線路對地電壓，過高則避雷器在過電壓發生時無動作，過小則避雷器易損壞。在變壓器側，為對變壓器實施保護，可選擇近變壓器端，與變壓器并聯，一端接于保護線路上，另一端接地。避雷器接地線遵循左進右出原則，而避雷器檢測裝置原則上加裝在正后方或下方。

在低壓電網中，氧化鋅避雷器安裝在TT系統中的負載側，中性線、相線、地之間分別安裝氧化鋅避雷器，實現電網縱向保護。氧化鋅避雷器安裝在TT系統的電源側，采取“3+1”模式，且中性線與接地線間選擇開關型氧化鋅避雷器，提高耐受力。在TN系統中的避雷器，中性線、保護線與地短接，在相線與保護線間安裝避雷器，實現供電網過電壓保護。

在不同保護等級的供電網絡設備中，設備對過電壓的耐受性不同，對絕緣造成的破壞亦不同。因此針對不通過保護等級的供電設備，氧化鋅避雷器也應選擇不同的型號。電氣裝置進線處裝置的耐沖擊過電壓額定值為6kV，配電回路和末端回路耐沖擊過電壓額定值為4kV，一般用電設備沖擊過電壓額定值為2.5kV，需特殊保護的設備沖擊過電壓額定值為1.5kV。由此，針對不同耐壓等級的設備，需要選擇與之匹配的氧化鋅避雷器型號和安裝方式。

2.2 MOA在線監測系統設計

MOA在線監測系統分為數據采集、處理和數據傳輸三部分。數據采集是最初環節，主要負責信號調制、轉化以及設定數據的采樣;數據處理是對采集到的數據進行必要的計算分析，并實時顯示與服務器顯示裝置;數據傳輸則負責監測數據在客戶端與服務器端的傳輸。在線監測的結構為：集控站狀態監測后臺—保護室一次設備狀態監測系統屏—交換機—智能匯控柜—避雷器信號處理單元。

氧化鋅避雷器MOA在線監測系統的內部模塊設計中，為了滿足所測數據能夠真實反映參考電壓與實際泄露電流，共包括五個功能模塊，即電流信號采樣模塊、電壓信號采樣模塊、雷擊模塊、通信模塊、A/D模塊。

在工廠供電網絡過電壓保護中，氧化鋅避雷器MOA在線監測的故障診斷，可采用的方法主要是灰關聯分析法和數學形態法。在灰關聯分析法中，先確定比較序列因子為相對濕度、溫度、熱冷鋒面、降雨降雪、系統電壓等，然后通過計算得到各因子間的關聯度系數，對避雷器運行狀態進行判斷。在數學形態法中，當現場測得避雷器泄露電流信號受外界環境干擾較大時，需要對信號進行降噪處理，以便得出較為準確的曲線。在信號降噪過程中，采用形態濾波器能夠更有效的抑制干擾。實驗結果證明，數學形態法能夠相對準確的診斷氧化鋅避雷器絕緣性能，進而實現對避雷器運行的在線監測。

3 ?供電網絡過電壓保護系統應用效果分析

將優化改造后的氧化鋅避雷器與在線監測系統應用于工廠供電網絡過電壓保護實踐中發現，這種優化改造方法不用拆卸避雷器即可實現在線監測，并能夠準確的按照核定的電壓參數進行信息反饋，超出范圍則發送信息顯示不合格。此外，結合工廠供電實際需求，過電壓保護參數的合格范圍能夠自定義。經過實踐運用，改造優化后的氧化鋅避雷器保護系統，在MOA在線監測下，能夠獲得準確的測量結果，且過電壓保護系統運行可靠，極大限度的消除了因過電壓引起的設備故障，而且在實時監測的支持下，還能夠對故障做到實施維修，具有良好的效果。

參考文獻

[1] 陳國盛.中壓配電網過電壓保護與絕緣配合標準探討[D].長沙理工大學，2010.

[2] 李宏龍.關于配電網過電壓保護問題的一點體會[J].中國電子商務，2011（7）：113.

[3] 寧彤.線路過壓保護器在電網架空絕緣線路防止雷擊斷線的應用[J].安徽科技，2013（9）：39-40.

[4] 徐文敏，劉跟平，郭思君.中壓電網不同接地方式下過電壓保護方案的探討[J].冶金動力，2017（11）：11-14.

[5] 田文利.論電力系統中的過電壓保護原理及防護[J].科技與企業，2015（11）：226.