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(hù)感應(yīng)雷或電力系統(tǒng)的操作過電壓及工頻暫態(tài)過電壓對(duì)高壓電氣設(shè)備造成的危害，92#站（電氣系統(tǒng)圖見附圖）不論35kV 還是10kV 系統(tǒng)都采用普通閥型避雷器，型號(hào)分別是FZ-35、FS7-10，這種在92#站建站時(shí)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(guī)避雷器中較先進(jìn)的產(chǎn)品，它的優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)性能好、無續(xù)流、耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)、殘壓低、通流量大、性能穩(wěn)定、抗老化能力強(qiáng)，已在世界各國(guó)廣泛使用。

1 92#站10kV及35kV系統(tǒng)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(yùn)行特性的一個(gè)重要參數(shù)。由于電力系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓是系統(tǒng)相間電壓的標(biāo)稱值，而避雷器一般安裝在相對(duì)地之間，正常情況下避雷器上加載的是相電壓和暫時(shí)過電壓，所以它不等同于系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓。在相同的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓下，避雷器的額定電壓選的越高，在運(yùn)行時(shí)通過避雷器的泄漏電流越小，對(duì)減輕避雷器的劣化有利，可以提高運(yùn)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(yīng)的殘壓值也提高了，在同樣的絕緣水平下，其保護(hù)裕度將會(huì)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(hù)設(shè)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(shí)間系數(shù)，10s 及以內(nèi)切除的k=1，10s 以上切除的k=1.25～1.3

Ui——暫時(shí)過電壓(有效值)，它與系統(tǒng)最高電壓Um 有一定的比例關(guān)系

所以，避雷器額定電壓選擇的原則是：只要滿足與被保護(hù)設(shè)備之間的絕緣配合，避雷器的額定電壓的數(shù)值可以選的高一些，它的取值應(yīng)能承受所在系統(tǒng)的暫時(shí)過電壓和操作過電壓，不低于持續(xù)運(yùn)行電壓。

表1 暫時(shí)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(diǎn)接地方式：系統(tǒng)分為直接接地和非直接接地兩種，對(duì)應(yīng)的暫時(shí)過電壓取值見表1，35kV92#變電站為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)。

1.2 避雷器標(biāo)稱放電電流的選擇

避雷器的標(biāo)稱放電電流是用于劃分避雷器等級(jí)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(gè)等級(jí)，在避雷器的額定電壓確定后，對(duì)照DLT804-2002[3]中避雷器的分類，見表2，可查出相應(yīng)的避雷器標(biāo)稱放電電流等級(jí)，一般保護(hù)35kV 以下的設(shè)備的避雷器選用5kA 的等級(jí)。

表3 各類設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓 （kV）

1.3 避雷器雷電過電壓保護(hù)水平的選擇

無間隙金屬氧化物避雷器的雷電過電壓保護(hù)水平完全由它的殘壓來確定，它是雷電流通過避雷器時(shí)產(chǎn)生的壓降，按照《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》GB311.1-1997[4]，可查出被保護(hù)設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓值，如表3 所示，除以相應(yīng)的雷電過電壓配合系數(shù)kc，就得到保護(hù)該設(shè)備的避雷器雷電過電壓保護(hù)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(nèi)取值越小，保護(hù)效果也越好。由GB311.1-1997[4]可知：中性點(diǎn)非直接接地一般應(yīng)滿足kc≥1.4，中性點(diǎn)直接接地一般應(yīng)滿足kc≥1.25。在確定避雷器的額定電壓和標(biāo)稱放電電流后，再根據(jù)GB11032-2000[2]選取避雷器。

1.4 92#站10kV 及35kV 系統(tǒng)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(duì)10kV 系統(tǒng)

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

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

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

1.4.2 對(duì)35kV 系統(tǒng)

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(biāo)稱放電電流為5kV。

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

由資料查得：殘壓值為134kV，則35kV 設(shè)備的避雷器選擇YH 5WZ-54/134，這是復(fù)合外套式金屬氧化鋅避雷器，標(biāo)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(shù) （kV）

2 92#站10kV 及35kV 系統(tǒng)金屬氧化鋅避雷器的保護(hù)距離

由于避雷器只能保護(hù)一定電氣距離范圍內(nèi)的電氣設(shè)備，所以下面我們計(jì)算92#變電站10kV 設(shè)備所選YH 5WS-17/50、35kV 設(shè)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(shè)備的過電壓保護(hù)和絕緣配合》可知，避雷器與被保護(hù)電氣設(shè)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(hù)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(shí)間陡度（kV/s）

ɑb雷電侵入波的空間陡度(kV/m)

2.1 35kV 設(shè)備所選YH 5WZ-54/134 避雷器的最大電氣距離

92#變電站35kV 進(jìn)線為兩路進(jìn)線，且兩路均有進(jìn)線避雷器，它限制了雷電侵入波的侵入陡度，根據(jù)規(guī)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(shè)備所選YH 5WS-17/50 避雷器的最大電氣距離

92#變電站10kV 進(jìn)線也為兩路進(jìn)線，且兩路均為電纜進(jìn)線，根據(jù)規(guī)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(jié)論

由以上計(jì)算得出的避雷器保護(hù)的最大電氣距離Lmax均大于92#站10kV 及35kV 系統(tǒng)避雷器實(shí)際安裝位置到各高壓電氣設(shè)備的電氣距離，故所選避雷器能夠滿足92#變電站對(duì)防護(hù)雷電過電壓、操作過電壓及暫態(tài)過電壓的要求。正如GB311.1-1997[4]《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》所述，避雷器對(duì)高壓電氣設(shè)備的保護(hù)與它的保護(hù)距離和保護(hù)接線有很大的關(guān)系，但對(duì)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(dú)運(yùn)行的母線上都有一組避雷器，就可以使整個(gè)變電站得到保護(hù)。

［1］張緯拔，何金良，編.過電壓防護(hù)及絕緣配合[M].清華大學(xué)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(tǒng)金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則[S].

［4］GB311.1-1997 高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合[S].

［5］DL/T620-1997 交流電氣設(shè)備的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].