組合式過電壓保護器存在的問題及改進措施

穆旭峰

（呂梁柳林經濟建設投資開發有限公司，山西 柳林 033300）

目前，3～35KV的電力系統使用的過電壓保護產品仍然主要是金屬氧化物避雷器和四星型組合式過電壓保護器。避雷器僅能限制電氣設備的相地之間的過電壓，不能實現相間的保護，不利于電氣設備的相間絕緣保護。四星型組合式過電壓保護器因其具備限制相間、相地過電壓的特點，而被廣大用戶推崇，已廣泛應用于電力系統，但是幾乎各生產廠家的過電壓保護器都發生過爆炸事故，這就要求各廠家必須進行技術升級，生產新型產品，以降低事故率，否則會限制組合式過電壓保護器的推廣應用。［1］

1 傳統組合式過電壓保護器存在的問題

總結近20年來組合式過電壓保護器的大量應用案例，導致其損壞甚至爆炸的主要原因有以下幾個方面：

1）由四個保護單元組成的 “四星形”結構，因為中性點的存在，主要是單相接地故障時由于不對稱形成的 “分壓效應”，可能導致某一保護單元先擊穿，繼而其他保護單元連鎖擊穿，從而引發事故，如圖1所示；2）密封不良、潮氣侵入導致過電壓保護器內部絕緣受潮而放電，加速ZnO閥片老化；3）結構設計不合理、裝配不良或運行及動作后受電磁力影響導致放電間隙移位，放電中將電極灼傷；4）ZnO閥片質量差，老化特性不好，閥片均一性差，會導致閥片加速老化發生熱崩潰；5）ZnO閥片通流量小更易導致熱崩潰。

另外，組合式過電壓保護器的放電間隙不再承擔滅弧任務的設計理念，使得過電壓保護器動作時的電弧極易造成電極灼傷；間隙的引入同時也增加了制造工藝的復雜性，給密封帶來難度；對于放電間隙的缺陷無法實現有效的在線監測和離線檢驗；由于有間隙的存在，不適合做直流泄漏電流試驗，只能做絕緣電阻與工頻放電試驗，而ZnO閥片必須做泄漏電流試驗才能判斷其是否老化。

組合式過電壓保護器由于容量的制約，主要針對的是過電壓能量較小的操作過電壓和雷電過電壓進行保護，而電力系統的諧振過電壓能量比操作過電壓和雷電過電壓大得多，可達百倍乃至千倍以上，雖然發生概率較低，但該過電壓能量足以使過電壓保護器發生熱擊穿誘發事故。［2］

2 新型組合式過電壓保護器的改進措施

針對組合式過電壓保護器使用中存在的問題，各廠家近些年對自己的產品均進行了技術改進，經本人市場調研總結，其新型產品一般要采取以下所述的至少兩項措施：

1）解決密封與壓力釋放問題，以達到防爆或降低爆炸造成的損失。典型措施一，ZnO閥片組和硅橡膠外套一次模壓成型，具有絕緣性能好、密封性強、耐振動、耐污、耐老化、憎水等優點；措施二，將放電間隙置于泄壓通道內并用環氧樹脂 （或其他絕緣合成樹脂）澆封于裝置底盒內，裝置底盒設泄壓裝置，從而減輕了爆炸時的損失。

2）隨著ZnO元件近年來制造工藝、性能的提升，采用性能優異的高能ZnO電阻，通流容量大，從而在一定程度上解決了因系統過電壓能量過大而造成的熱崩潰事故，對于電力系統中易產生較長持續時間的過電壓，而被保護設備的絕緣又相對薄弱的場所也能在一定程度上適用。

3）通過在各相極柱內置 “自動脫離器”將發生熱擊穿的過電壓保護器及時從電力系統退出運行，以避免事故的擴大。若直接使用過電壓保護器而不串聯脫離器，以現有的技術均無法徹底避免在超出其能量耐受極限條件下可能發生的短路爆炸事故。

4）采用六只完整的無串聯間隙的ZnO閥片保護單元組成 “星-三角”結構，這種新的組合方式完全保持了無間隙金屬氧化物避雷器的優異特性，閥片保護單元通過環氧樹脂真空澆注工藝密封于底盒內，又解決了產品的密封和絕緣問題，安裝尺寸與 “四星形”結構完全一樣。這種結構無中性點電位偏移問題的存在，避免了電力系統發生單相接地故障時 “四星形”結構的過電壓保護器容易發生熱崩潰的隱患，如圖1所示。

例如，市場上 “ONESKY”品牌的BSTG系列大能容組合式過電壓保護器，就是采取了上述1）、2）兩項措施的帶串聯間隙的 “四星形”結構產品；而EAT系列六柱全相雙安全保護器，是采取了上述2）、4）兩項措施的無串聯間隙的 “星-三角”結構產品?！癝HK”品牌的SHK-BOD系列自脫離、免維護、大容量組合式過電壓保護器，采取了上述（2）、3）兩項措施及與第1）項類似的措施，也是帶串聯間隙的 “四星形”結構產品。［3］以上舉例均為現在市場銷售的代表性產品，用戶可根據過電壓保護器應用場合的重要程度、各自的優缺點、價格等因素，綜合考慮選擇適合自己的產品。

3 結語

目前市場上的主流產品為帶間隙的組合式過電壓保護器，事故率高、保護效果差，不是發展方向，急需更新換代。當初給過電壓保護器引入放電間隙是為了延緩ZnO元件的老化，未來隨著ZnO元件的性能提升，無間隙過電壓保護器將大量重返市場，特別是星-三角結構的無串聯間隙組合式過電壓保護器也將更加經久耐用。“自動脫離器”技術目前僅能解決過電壓保護器熱擊穿后的大電流開斷，從而避免二次事故的發生，未能解決小工頻故障電流下的自動脫離問題，未來故障脫離技術也必將大量應用于過電壓保護器，以保障電力系統的安全運行。