組合式過電壓保護(hù)器存在的問題及改進(jìn)措施

穆旭峰

（呂梁柳林經(jīng)濟(jì)建設(shè)投資開發(fā)有限公司，山西 柳林 033300）

目前，3～35KV的電力系統(tǒng)使用的過電壓保護(hù)產(chǎn)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(hù)器。避雷器僅能限制電氣設(shè)備的相地之間的過電壓，不能實(shí)現(xiàn)相間的保護(hù)，不利于電氣設(shè)備的相間絕緣保護(hù)。四星型組合式過電壓保護(hù)器因其具備限制相間、相地過電壓的特點(diǎn)，而被廣大用戶推崇，已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，但是幾乎各生產(chǎn)廠家的過電壓保護(hù)器都發(fā)生過爆炸事故，這就要求各廠家必須進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，生產(chǎn)新型產(chǎn)品，以降低事故率，否則會(huì)限制組合式過電壓保護(hù)器的推廣應(yīng)用。［1］

1 傳統(tǒng)組合式過電壓保護(hù)器存在的問題

總結(jié)近20年來組合式過電壓保護(hù)器的大量應(yīng)用案例，導(dǎo)致其損壞甚至爆炸的主要原因有以下幾個(gè)方面：

1）由四個(gè)保護(hù)單元組成的 “四星形”結(jié)構(gòu)，因?yàn)橹行渣c(diǎn)的存在，主要是單相接地故障時(shí)由于不對(duì)稱形成的 “分壓效應(yīng)”，可能導(dǎo)致某一保護(hù)單元先擊穿，繼而其他保護(hù)單元連鎖擊穿，從而引發(fā)事故，如圖1所示；2）密封不良、潮氣侵入導(dǎo)致過電壓保護(hù)器內(nèi)部絕緣受潮而放電，加速ZnO閥片老化；3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、裝配不良或運(yùn)行及動(dòng)作后受電磁力影響導(dǎo)致放電間隙移位，放電中將電極灼傷；4）ZnO閥片質(zhì)量差，老化特性不好，閥片均一性差，會(huì)導(dǎo)致閥片加速老化發(fā)生熱崩潰；5）ZnO閥片通流量小更易導(dǎo)致熱崩潰。

另外，組合式過電壓保護(hù)器的放電間隙不再承擔(dān)滅弧任務(wù)的設(shè)計(jì)理念，使得過電壓保護(hù)器動(dòng)作時(shí)的電弧極易造成電極灼傷；間隙的引入同時(shí)也增加了制造工藝的復(fù)雜性，給密封帶來難度；對(duì)于放電間隙的缺陷無法實(shí)現(xiàn)有效的在線監(jiān)測(cè)和離線檢驗(yàn)；由于有間隙的存在，不適合做直流泄漏電流試驗(yàn)，只能做絕緣電阻與工頻放電試驗(yàn)，而ZnO閥片必須做泄漏電流試驗(yàn)才能判斷其是否老化。

組合式過電壓保護(hù)器由于容量的制約，主要針對(duì)的是過電壓能量較小的操作過電壓和雷電過電壓進(jìn)行保護(hù)，而電力系統(tǒng)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(dá)百倍乃至千倍以上，雖然發(fā)生概率較低，但該過電壓能量足以使過電壓保護(hù)器發(fā)生熱擊穿誘發(fā)事故。［2］

2 新型組合式過電壓保護(hù)器的改進(jìn)措施

針對(duì)組合式過電壓保護(hù)器使用中存在的問題，各廠家近些年對(duì)自己的產(chǎn)品均進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，經(jīng)本人市場(chǎng)調(diào)研總結(jié)，其新型產(chǎn)品一般要采取以下所述的至少兩項(xiàng)措施：

1）解決密封與壓力釋放問題，以達(dá)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(qiáng)、耐振動(dòng)、耐污、耐老化、憎水等優(yōu)點(diǎn)；措施二，將放電間隙置于泄壓通道內(nèi)并用環(huán)氧樹脂 （或其他絕緣合成樹脂）澆封于裝置底盒內(nèi)，裝置底盒設(shè)泄壓裝置，從而減輕了爆炸時(shí)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(yōu)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(tǒng)過電壓能量過大而造成的熱崩潰事故，對(duì)于電力系統(tǒng)中易產(chǎn)生較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的過電壓，而被保護(hù)設(shè)備的絕緣又相對(duì)薄弱的場(chǎng)所也能在一定程度上適用。

3）通過在各相極柱內(nèi)置 “自動(dòng)脫離器”將發(fā)生熱擊穿的過電壓保護(hù)器及時(shí)從電力系統(tǒng)退出運(yùn)行，以避免事故的擴(kuò)大。若直接使用過電壓保護(hù)器而不串聯(lián)脫離器，以現(xiàn)有的技術(shù)均無法徹底避免在超出其能量耐受極限條件下可能發(fā)生的短路爆炸事故。

4）采用六只完整的無串聯(lián)間隙的ZnO閥片保護(hù)單元組成 “星-三角”結(jié)構(gòu)，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(yōu)異特性，閥片保護(hù)單元通過環(huán)氧樹脂真空澆注工藝密封于底盒內(nèi)，又解決了產(chǎn)品的密封和絕緣問題，安裝尺寸與 “四星形”結(jié)構(gòu)完全一樣。這種結(jié)構(gòu)無中性點(diǎn)電位偏移問題的存在，避免了電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí) “四星形”結(jié)構(gòu)的過電壓保護(hù)器容易發(fā)生熱崩潰的隱患，如圖1所示。

例如，市場(chǎng)上 “ONESKY”品牌的BSTG系列大能容組合式過電壓保護(hù)器，就是采取了上述1）、2）兩項(xiàng)措施的帶串聯(lián)間隙的 “四星形”結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；而EAT系列六柱全相雙安全保護(hù)器，是采取了上述2）、4）兩項(xiàng)措施的無串聯(lián)間隙的 “星-三角”結(jié)構(gòu)產(chǎn)品?！癝HK”品牌的SHK-BOD系列自脫離、免維護(hù)、大容量組合式過電壓保護(hù)器，采取了上述（2）、3）兩項(xiàng)措施及與第1）項(xiàng)類似的措施，也是帶串聯(lián)間隙的 “四星形”結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。［3］以上舉例均為現(xiàn)在市場(chǎng)銷售的代表性產(chǎn)品，用戶可根據(jù)過電壓保護(hù)器應(yīng)用場(chǎng)合的重要程度、各自的優(yōu)缺點(diǎn)、價(jià)格等因素，綜合考慮選擇適合自己的產(chǎn)品。

3 結(jié)語

目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品為帶間隙的組合式過電壓保護(hù)器，事故率高、保護(hù)效果差，不是發(fā)展方向，急需更新?lián)Q代。當(dāng)初給過電壓保護(hù)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(hù)器將大量重返市場(chǎng)，特別是星-三角結(jié)構(gòu)的無串聯(lián)間隙組合式過電壓保護(hù)器也將更加經(jīng)久耐用?！白詣?dòng)脫離器”技術(shù)目前僅能解決過電壓保護(hù)器熱擊穿后的大電流開斷，從而避免二次事故的發(fā)生，未能解決小工頻故障電流下的自動(dòng)脫離問題，未來故障脫離技術(shù)也必將大量應(yīng)用于過電壓保護(hù)器，以保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。