中壓電網(wǎng)過電壓防護(hù)裝置在天鐵的應(yīng)用

高志花

（天津天鐵冶金集團(tuán)水電廠，河北涉縣056404）

1 引言

中壓電網(wǎng)是處于高壓電網(wǎng)與低壓電網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，具有分布廣、設(shè)備多、絕緣水平適中等特點(diǎn)，有時(shí)會(huì)受過電壓而造成絕緣損壞。運(yùn)行實(shí)踐表明，中壓電網(wǎng)的過電壓事故約占整個(gè)電力系統(tǒng)過電壓事故的70%～80%，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)安全。

天鐵中壓電網(wǎng)由于過電壓故障引發(fā)事故19起，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響了供電的安全可靠性，中壓電網(wǎng)的過電壓防護(hù)措施是否完善到位有效就顯得尤為重要。因此，天鐵中壓電網(wǎng)應(yīng)用了復(fù)合氧化鋅避雷器、過壓保護(hù)器等新的過電壓防護(hù)裝置，杜絕了瓷套式避雷器爆炸后波及其余設(shè)備，危害人體安全的惡性事故的發(fā)生，有效地限制了雷電過電壓和操作過電壓對電氣設(shè)備及同體的損害，提高了中壓電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

2 過電壓對中壓電網(wǎng)的影響

過電壓是指電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。中壓電網(wǎng)的過電壓可分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓通常包括操作過電壓、諧振過電壓兩大類。間歇性電弧接地過電壓是中壓電網(wǎng)典型的操作過電壓；鐵磁諧振過電壓和斷線過電壓是中壓電網(wǎng)常見的過電壓類型。

2.1 外部過電壓的影響

由于中壓電網(wǎng)的電壓等級較低，外部過電壓對其具有明顯的、起到?jīng)Q定性作用的影響。雷電放電的平均峰值電流約為30 kA，一條中壓線路的波阻抗約為500 Ω，所以一次雷電直擊可以造成幅值為7.5 MV的沖擊電壓向線路的兩端流動(dòng)，這個(gè)電壓即使在沒有接地橫擔(dān)的木桿上也會(huì)造成閃絡(luò)。雷電在中壓架空線上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，使得距線路100 m處雷電流為30 kA的雷擊會(huì)在線路上感應(yīng)出100 kV的沖擊電壓。

2.2 內(nèi)部過電壓的影響

電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中由于停、送電或改變運(yùn)行方式等原因進(jìn)行開關(guān)操作，以及電力系統(tǒng)中出現(xiàn)相與相之間的短接、在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中一相或多相接地、電機(jī)或變壓器線圈的匝間短路故障，均會(huì)使電力系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而出現(xiàn)比工頻電壓高得多的電壓。在中性點(diǎn)非有效接地的電網(wǎng)中，最大操作過電壓可能達(dá)到最高運(yùn)行相電壓的4倍左右，諧振過電壓的幅值可達(dá)2倍以上。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)任一相發(fā)生接地故障時(shí)，其故障電流較小，只等于系統(tǒng)的電容電流。同時(shí)，故障設(shè)備與地之間的故障電壓也比較小，因此，系統(tǒng)的安全性較高。在6～35 kV中壓系統(tǒng)，即用戶系統(tǒng)中，由于操作頻繁原因會(huì)帶來操作過電壓，如投切電容器組、電動(dòng)機(jī)啟停、線路空送、主變充電等。真空斷路器的廣泛使用也帶來了更多的危及設(shè)備絕緣的操作過電壓。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)開關(guān)出現(xiàn)非全相動(dòng)作、嚴(yán)重不同期、熔斷器一相或兩相熔絲燒斷、架空線或電纜折斷致使折斷導(dǎo)線一端接地等原因，會(huì)出現(xiàn)非線性諧振過電壓，斷線諧振會(huì)導(dǎo)致電源中性點(diǎn)位移、繞組及導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓，嚴(yán)重時(shí)可使絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸、電氣設(shè)備損壞。在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，非全相運(yùn)行的情況錯(cuò)綜復(fù)雜，可能組成多種多樣的串聯(lián)諧振回路。而此前由于對斷線諧振認(rèn)知不夠深刻，變壓器處于空載或輕載運(yùn)行情況普遍存在。

3 天鐵中壓電網(wǎng)的過電壓事故分析

過電壓防護(hù)全部為普通閥式避雷器，其存在著許多缺陷，現(xiàn)分析如下：

（1）2002年5月14日，三燒10 kV變電站1進(jìn)線柜過電壓保護(hù)器爆炸，造成相間短路，速斷保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，致使三燒車間停產(chǎn)。

（2）2004年8月10日，神黃線單相接地，造成總降站系統(tǒng)發(fā)生單相接地，經(jīng)過兩天兩夜不間斷查找，切斷變壓器后，仍接地，最后逐個(gè)解除避雷器，發(fā)現(xiàn)有只避雷器密封性差，進(jìn)水受潮，絕緣降低，造成間歇性接地。

（3）2005年5月，空分SVC站35 kV系統(tǒng)電纜在隧道發(fā)生單相接地1 h之后，發(fā)展成隧道火災(zāi)，共燒毀電纜10余條，導(dǎo)致煉鋼停產(chǎn)，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）2009年5月14日，煉鋼2#精煉爐35 kV開關(guān)爆炸。同時(shí)在日常運(yùn)行中35 kV精煉爐PT一次保險(xiǎn)多次因?yàn)閮?nèi)部過電壓致使保險(xiǎn)熔斷，開關(guān)拉桿折斷。

（5）2009—2010年期間，鐵前新區(qū)連續(xù)3次出現(xiàn)單相接地，過電壓造成絕緣差的電動(dòng)機(jī)繞組燒毀現(xiàn)象。

綜合上述案例，證明了普通閥式避雷器密封較差，進(jìn)水后絕緣降低，易造成系統(tǒng)單相接地、間歇性接地，甚至兩相、三相接地，發(fā)生單相接地很難查找和解除。通流能力不大，經(jīng)過一次或幾次大電流放電后，內(nèi)部閥片和火花間隙被擊穿，造成絕緣降低，極易形成接地和短路。

4 過電壓防護(hù)裝置應(yīng)用

4.1 供電線路中過電壓防護(hù)裝置的應(yīng)用

過去使用的普通閥式避雷器全部更換為新型安全系數(shù)較高的復(fù)合絕緣氧鋅避雷器，去年雷雨季節(jié)，即使發(fā)生很強(qiáng)的雷擊，也未發(fā)生一起因過壓原因而引起的開關(guān)跳閘或設(shè)備絕緣損壞事故，保證了正常的生產(chǎn)生活用電，減少了線路故障，運(yùn)營效果良好。

復(fù)合絕緣氧鋅避雷器是將金屬氧化物避雷器和復(fù)合絕緣材料的優(yōu)異性集于一體，成為原瓷套避雷器更新?lián)Q代產(chǎn)品，主要適用于電壓等級0.22～220 kV的發(fā)電、輸電、變電、配電系統(tǒng)中，具有殘壓低、通流容量大、響應(yīng)時(shí)間短、陡坡特性平坦等一系列優(yōu)異特性，還能有效地限制雷電過電壓和操作過電壓對電氣設(shè)備的危害，以及快速過電壓對同體的損害。

4.1.1 復(fù)合絕緣氧鋅避雷器優(yōu)點(diǎn)

外絕緣濕閃電壓高，耐污能力強(qiáng)，具有良好的防爆性能。當(dāng)避雷器嚴(yán)重過載時(shí)，由于PMOA是實(shí)心結(jié)構(gòu)，沒有氣體急速膨脹，復(fù)合絕緣套又可以延續(xù)沖擊力避免爆炸，杜絕了瓷套式避雷器爆炸后波及其余設(shè)備及危害人體安全的惡性事故的發(fā)生。其具有優(yōu)異的密封性能，能順利通過在0.1%的NaCl水溶液中煮沸24 h的試驗(yàn)，電阻性能不變。由于從根本上解決了密封問題，產(chǎn)品無需每年做預(yù)防性試驗(yàn)，可延長5～6年做一次。其體積小、重量輕，便于安裝運(yùn)輸，還可兼作支持瓷瓶使用。

4.1.2 復(fù)合絕緣氧鋅避雷器檢修和維護(hù)

檢查外觀是否良好。避雷器投運(yùn)前，測量直流參考電壓U1mA值，其值不得小于GB—11032測量0.7UmA下漏電流，其值不得大于50 μA，記錄測試條件和試驗(yàn)數(shù)值。該避雷器決不允許進(jìn)行工頻放電電壓試驗(yàn)，無需專門維護(hù)和清掃。

4.1.3 帶脫離裝置的復(fù)合氧化鋅避雷器

它是復(fù)合氧化鋅避雷器的最新產(chǎn)品，脫離裝置是避雷器本體所帶的一種自我保護(hù)裝置，通常接在避雷器下部。避雷器通過其接地，當(dāng)避雷器正常工作時(shí)，脫離裝置不影響工作；當(dāng)避雷器自身運(yùn)行的穩(wěn)定性受到損壞或避雷器已經(jīng)損壞時(shí)，脫離裝置迅速動(dòng)作，將避雷器接地線斷開，從而退出運(yùn)行。這樣提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，減少了維護(hù)工作量，便于查找故障避雷器。只有帶脫離裝置的避雷器才是真正的免維護(hù)產(chǎn)品，但這種產(chǎn)品價(jià)格較高，在我公司部分線路上已安裝投運(yùn)使用，效果很好。

4.2 變、配電所過電壓防護(hù)裝置的應(yīng)用

（1）在變電站中，PT開口三角間采用消諧器代替PT中性點(diǎn)串電阻或普通照明用燈泡，有效限制了過電壓。增大35 kV系統(tǒng)接地消弧線圈容量，改變系統(tǒng)電感參數(shù)，效果明顯，改造后未再出現(xiàn)35 kV精煉爐PT一次保險(xiǎn)熔斷、開關(guān)損壞現(xiàn)象。

（2）在中壓系統(tǒng)內(nèi)，高壓電動(dòng)機(jī)的絕緣最為薄弱，相同電壓等級下，與其他設(shè)備的耐壓值差距很大，一方面要選擇質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備，另一方面要采取過電壓限制措施，如安裝復(fù)合氧化鋅避雷器，阻容吸收保護(hù)裝置。

（3）站內(nèi)過電壓防護(hù)要選擇質(zhì)量過關(guān)的過壓保護(hù)器，同時(shí)在選型及匹配上要合理，并定期檢驗(yàn)、清掃。

（4）為適應(yīng)天鐵電力負(fù)荷迅速增長、電網(wǎng)規(guī)模不斷增大的生產(chǎn)發(fā)展需要，在變電站中采用以微電子和微處理器為基礎(chǔ)的微機(jī)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧消諧裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地故障時(shí)，裝置可將故障電流、電壓限制在一定的水平之下，從而有效避免因單相電弧接地引發(fā)的相間短路、避雷器爆炸及電纜放炮等事故。

（5）選擇可靠的接地選線裝置，提高小電流接地選線準(zhǔn)確率，縮短接地時(shí)間，同時(shí)可以避免采取試?yán)ú檎夜收暇€路過程中有可能出現(xiàn)的操作過電壓。

5 結(jié)束語

通過應(yīng)用復(fù)合氧化鋅避雷器和過壓保護(hù)器等新型過電壓防護(hù)系統(tǒng)，優(yōu)化該系統(tǒng)運(yùn)行方式，有效提高了天鐵中壓電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，大大降低了過壓事故率，為中壓電網(wǎng)的過電壓防護(hù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]董振亞.城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展和改進(jìn)[J].中國電力，1998（8）：38-41.

[2]解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.

[3]符磊.供配電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)電阻接地方式初探[J].電工技術(shù)，1989（1）：9-13.