探究組合式過電壓保護(hù)器和避雷器的配合應(yīng)用

王建華

摘要：文章主要介紹了組合式過電壓保護(hù)器和避雷器搭配應(yīng)用，先介紹了避雷器的發(fā)展過程，隨后分析了組合式過電壓保護(hù)器對(duì)應(yīng)間隙結(jié)構(gòu)特征以及應(yīng)用中的具體選擇，最后提出了組合式過電壓器和避雷器配合應(yīng)用注意事項(xiàng)，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：組合式;過電壓;保護(hù)器;避雷器;配合應(yīng)用

引言

在國(guó)內(nèi)電力事業(yè)持續(xù)發(fā)展背景下，各種先進(jìn)科技手段相繼應(yīng)用開來，隨著設(shè)備裝置持續(xù)更新發(fā)展，組合形式的過電壓保護(hù)裝置開始在電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)推廣應(yīng)用開來，過電壓保護(hù)器最開始屬于一種避雷器，是新型保護(hù)裝置，通常適用于電壓小于35千伏的電力系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)還可以用來控制雷電因素形成的過電壓。

一、避雷器發(fā)展分析

90年代前，相關(guān)電力系統(tǒng)普遍將少油斷路器當(dāng)成開斷設(shè)備，開斷速度相對(duì)較慢，操作中過電壓出現(xiàn)次數(shù)較少，關(guān)于設(shè)備損壞普遍從雷電侵入波過電壓形成，針對(duì)該種過電壓實(shí)施防護(hù)處理普遍是以氧化鋅和碳化硅等形式的避雷裝置為主，其中氧化鋅避雷裝置擁有操作性能穩(wěn)定、殘壓低、動(dòng)作迅速等特征。在真空開關(guān)全面推廣應(yīng)用背景下，過電壓操作危害逐漸受到人們廣泛重視，過電壓主要可以從相間過電壓方面體現(xiàn)出來，傳統(tǒng)模式避雷器的過電壓防護(hù)性能較差，為了降低相間過電壓破壞設(shè)備，開始全面推廣應(yīng)用組合式的過電壓保護(hù)裝置。為了提升電網(wǎng)運(yùn)行安全，需要針對(duì)過電壓保護(hù)器性能和開發(fā)研究進(jìn)行深入研究。

二、組合式過電壓保護(hù)器間隙結(jié)構(gòu)特征分析

組合形式的過電壓保護(hù)裝置可以細(xì)分成帶串聯(lián)間隙以及無間隙兩種形式，此次主要研究帶串聯(lián)間隙形式的氧化鋅壁壘裝置。而氧化鋅組合避雷裝置包括氧化鋅閥片以及獨(dú)特間隙體共同構(gòu)成，按照不同生產(chǎn)廠家中所用技術(shù)方案差異，對(duì)應(yīng)間隙結(jié)構(gòu)也存在較大差異對(duì)應(yīng)間隙包含六間隙、單間隙、三間隙以及四間隙等形式，此外，間隙主要差異便是是否存在并聯(lián)電阻[1]。

三、組合式過電壓保護(hù)器具體選擇

對(duì)組合形式下過電壓保護(hù)裝置進(jìn)行綜合選擇中，需要率先掌握所選產(chǎn)品主要特征結(jié)構(gòu)，此外還需要考慮電阻片以及間隙對(duì)應(yīng)密封、絕緣性能和產(chǎn)品質(zhì)量，由于產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮著決定性影響，為此需要對(duì)相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行充分了解，確保其滿足各項(xiàng)規(guī)定要求，符合交流電氣裝置實(shí)際應(yīng)用中的絕緣配合以及過電壓保護(hù)規(guī)定要求。在設(shè)備選擇中，需要重點(diǎn)考慮操作沖擊保護(hù)、雷電沖擊保護(hù)、標(biāo)稱電流、最高持續(xù)電壓等，接下來主要針對(duì)電壓為6到35千伏之間的系統(tǒng)開關(guān)裝置進(jìn)行研究，分析系統(tǒng)內(nèi)部避雷器具體型號(hào)選擇。

按照避雷器額定電壓就進(jìn)行合理選擇，根據(jù)避雷器長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行電壓進(jìn)行合理選擇，6到35千伏電壓之間的系統(tǒng)普遍是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在產(chǎn)生單相接地故障后，相對(duì)地電壓進(jìn)一步升高，變成線電壓，即系統(tǒng)最高電壓，是一種暫時(shí)過電壓，故障維持時(shí)間大于10秒，所以避雷器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行電壓設(shè)計(jì)如下，6到10千伏條件下，持續(xù)運(yùn)行電壓超出1.1系統(tǒng)最高電壓，而6千伏避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓大于7.92千伏，10千伏避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓大于13.2千伏，35千伏條件下，持續(xù)運(yùn)行電壓大于40.5千伏。

按照避雷器相關(guān)暫時(shí)過電壓進(jìn)行選擇，暫時(shí)過電壓可以進(jìn)一步細(xì)分成諧振以及工頻兩種形式，單相接地問題所形成的工頻過電壓，能夠?yàn)楹侠磉x擇設(shè)計(jì)避雷器對(duì)應(yīng)額定電壓提供有效參考依據(jù)。

標(biāo)稱放電對(duì)應(yīng)電流參數(shù)選擇中，避雷器相關(guān)標(biāo)稱放電流In屬于波形是8/20us進(jìn)行等級(jí)設(shè)計(jì)的核心參數(shù)，可以進(jìn)一步分成20、10、5、2.5、1.5kA這五種等級(jí)，其中后面三級(jí)和電容器、電機(jī)避雷器以及中性點(diǎn)進(jìn)行互相對(duì)應(yīng)，電站避雷器可以分成前三種形式，通常對(duì)于電壓為6到35千伏的系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)電流設(shè)計(jì)為5kA。

雷電沖擊保護(hù)方面，避雷器在8/20us的標(biāo)稱放電流條件下，對(duì)應(yīng)殘壓值是避雷器相關(guān)雷電沖擊保護(hù)水平。陡波標(biāo)稱放電在處于1/5us電流條件下，對(duì)應(yīng)殘壓值和標(biāo)稱放電電流條件下殘壓比值應(yīng)該控制在1.15以下。避雷器相關(guān)雷電沖擊保護(hù)需要符合保護(hù)電力裝置絕緣配合條件，符合電氣設(shè)備全波沖擊絕緣和雷電沖擊保護(hù)兩者比值需要控制在1.4之下，聯(lián)系持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下電壓差要求。

在6千伏避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓超出7.92千伏，電站型MOA，對(duì)應(yīng)殘壓數(shù)值是27千伏，配電形式MOA，殘壓是30千伏。10千伏避雷器持續(xù)電壓超出13.2千伏后，電站性MOA，對(duì)應(yīng)殘壓值是45千安，配電形式MOA，對(duì)應(yīng)殘壓值是50千伏。35千伏避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓超出40.5千伏，電站形式MOA，對(duì)應(yīng)殘壓值是134千安。

操作沖擊保護(hù)性能，避雷器相關(guān)操作沖擊電流在30到100us之內(nèi)最高殘壓值，操作沖擊相關(guān)絕緣配合系數(shù)需要符合電氣設(shè)備要求，對(duì)應(yīng)絕緣和沖擊保護(hù)比值控制在1.15之內(nèi)。

在6千伏避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓超出7.92千伏，電站型MOA，對(duì)應(yīng)殘壓數(shù)值是23千伏，配電形式MOA，殘壓是25.6千伏。10千伏避雷器持續(xù)電壓超出13.2千伏后，電站性MOA，對(duì)應(yīng)殘壓值是38.3千安，配電形式MOA，對(duì)應(yīng)殘壓值是42.5千伏。35千伏避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓超出40.5千伏，電站形式MOA，對(duì)應(yīng)殘壓值是114千安。除此之外，還需要聯(lián)系爬電距離進(jìn)行綜合考慮，確保其滿足交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

四、組合式過電壓器和避雷器配合應(yīng)用注意事項(xiàng)

避雷器裝置主要包含過電壓保護(hù)器，屬于絕緣系統(tǒng)中的后備保護(hù)裝置，屬于較高過電壓與沖擊下最終防線。絕緣配合綜合設(shè)計(jì)中，基于后備裝置條件下，能夠進(jìn)一步減少各個(gè)電氣設(shè)備在過電壓方面的承受能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出裝置耐受水平的過電壓，全部都被后備保護(hù)裝置所承擔(dān)[2]。

從理論層面分析，過電壓保護(hù)裝置滿足設(shè)計(jì)要求，是不會(huì)出現(xiàn)持續(xù)發(fā)熱超出承擔(dān)能力的問題。但實(shí)際上過電壓?jiǎn)栴}相對(duì)而言比較復(fù)雜，在某次出現(xiàn)近距離落雷，使系統(tǒng)遇到意外諧波影響都會(huì)降低產(chǎn)品綜合應(yīng)用性能，產(chǎn)生意外發(fā)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備直接爆裂。過電壓保護(hù)裝置同時(shí)也是周圍不同設(shè)備共用后備保護(hù)裝置，哪種裝置產(chǎn)生運(yùn)行故障，都會(huì)使沖擊進(jìn)一步傳到至過電壓保護(hù)裝置內(nèi)，所以相關(guān)生產(chǎn)廠家通常無法給出具體應(yīng)用壽命，單純要求用戶應(yīng)該對(duì)設(shè)備進(jìn)行按時(shí)檢修維護(hù)，避免產(chǎn)品老化帶病運(yùn)行問題。

在非線性荷載以及電纜全面推廣應(yīng)用條件下，諧振和操作過電壓?jiǎn)栴}更加突出，使得三相組合形式過電壓保護(hù)裝置整體操作動(dòng)作更加頻繁，閥片老化速度持續(xù)加快，導(dǎo)致保護(hù)器應(yīng)用壽命被進(jìn)一步減少，導(dǎo)致系統(tǒng)基于諧振過電壓以及各種不正常狀態(tài)下，使得保護(hù)器裝置直接崩潰，最終產(chǎn)生開關(guān)柜短路現(xiàn)象。過電壓保護(hù)裝置相關(guān)運(yùn)行原理等同于避雷器裝置，全部借助壓敏電阻基于過電壓下降低阻值開啟對(duì)地能量排放渠道。能量排放中，是壓敏電阻進(jìn)行能量吸收發(fā)熱變化過程，如果發(fā)熱超出可承擔(dān)界限，便會(huì)產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下還會(huì)直接爆裂。隨著設(shè)備裝置密封性能提升，則爆裂時(shí)破壞性進(jìn)一步提升，嚴(yán)重條件下會(huì)使整個(gè)柜體直接破壞。

結(jié)語

綜上所述，組合式的過電壓保護(hù)器設(shè)備主要是一種絕緣性復(fù)合結(jié)構(gòu)，相間殘壓標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，對(duì)相地和相間擁有較高的過電壓保護(hù)功能，尤其是開關(guān)柜中被安裝尺寸所影響場(chǎng)所，和單體形式避雷裝置相比，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)更加密切，性能良好，適用于高壓開關(guān)柜。對(duì)于部分場(chǎng)所主要聯(lián)合應(yīng)用避雷器和過電壓保護(hù)裝置，能夠幫助優(yōu)化電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖維東，吳雙杰.開關(guān)柜內(nèi)三相組合式過電壓保護(hù)器的維護(hù)[J].電力安全技術(shù)，2021，23（02）：57-60.

[2]楊楊，余洪華.淺談10kV中壓供電系統(tǒng)過電壓保護(hù)事故分析及措施[J].中國(guó)井礦鹽，2019，50（06）：29-31.