復(fù)合式過電壓保護(hù)裝置的選用分析

姜壇，余友寶，祁福

(安徽恒凱電力保護(hù)設(shè)備有限公司，安徽合肥 230088)

復(fù)合式過電壓保護(hù)裝置的選用分析

姜壇，余友寶，祁福

(安徽恒凱電力保護(hù)設(shè)備有限公司，安徽合肥 230088)

過電壓保護(hù)器的自身安全亟需解決。本文介紹了基于大能容防爆型的復(fù)合式過電壓保護(hù)裝置。應(yīng)用改進(jìn)工藝擴(kuò)大閥片能容量、加裝短路保護(hù)組件來實現(xiàn)防爆功能、通過CT來檢測動作次數(shù)并與后臺通訊達(dá)到整個電氣系統(tǒng)聯(lián)系在一起，順應(yīng)電氣綜合自動化的要求，對自身產(chǎn)品短路有保護(hù)，提高單臺能容量發(fā)揮更大的使用價值，給用戶提供一個安全、實用、方便的新型復(fù)合式過電壓保護(hù)裝置。產(chǎn)品具有實時性、可控性、防爆性、自動化性能等方面的優(yōu)勢，提高了企業(yè)的自動化控制水平、系統(tǒng)過電壓保護(hù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，保障企業(yè)安全運(yùn)行，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

大能容;自脫離;防爆;復(fù)合式;過電壓保護(hù)裝置

1 引言

隨著電氣化程度的加快，高鐵、高速路網(wǎng)、系統(tǒng)電網(wǎng)的合理布局，對整個配電裝置的要求越來越高，經(jīng)過改革開放三十幾年的努力，過電壓保護(hù)裝置的改進(jìn)已上升了許多，三相組合式過電壓保護(hù)器產(chǎn)品，由于具有相間和相對地的保護(hù)功能，從而成功地解決了因真空開關(guān)開斷而引起的操作過電壓對設(shè)備絕緣危害的問題。為我國的電力事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。

但隨著系統(tǒng)的日益擴(kuò)大，電纜及非線性負(fù)載的普遍采用，操作過電壓和諧振過電壓越來越越嚴(yán)重，導(dǎo)致保護(hù)器動作越來越頻繁，閥片老化速度加快，也使保護(hù)器的預(yù)期壽命相應(yīng)縮短。以致于，在系統(tǒng)諧振過電壓等其它非正常條件下，保護(hù)器本身發(fā)生崩潰，進(jìn)而引發(fā)開關(guān)柜內(nèi)相間短路，給用戶帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。

為了解決上述問題，安徽恒凱電力保護(hù)設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)出了新一代大容量防爆型復(fù)合式過電壓保護(hù)裝置，通過優(yōu)化過電壓保護(hù)裝置的性能指標(biāo)，加大了過電壓吸收容量，該裝置增設(shè)了過電壓動作計數(shù)及故障自動脫離功能，免去了繁瑣的定期檢測工作，解決了工程技術(shù)人員對設(shè)備安全運(yùn)行問題的擔(dān)憂。在江西某鋼鐵(集團(tuán))公司，由該系統(tǒng)組成的過電壓保護(hù)裝置及網(wǎng)絡(luò)已得到了成功應(yīng)用。

2 過電壓保護(hù)的概念

過電壓事故在中性點有效接地系統(tǒng)和非有效接地系統(tǒng)中均有發(fā)生，是電力設(shè)備損壞的主要原因之一［1，2］。過電壓保護(hù)是一種使設(shè)備免受過電壓傷害的方法。具體描述:根據(jù)國標(biāo)電力設(shè)備絕緣配合的要求人為地在系統(tǒng)中設(shè)置一系列絕緣薄弱點，使這些薄弱點與設(shè)備并聯(lián)連接，這些絕緣薄弱點在系統(tǒng)電壓呈截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)出現(xiàn)過電壓時，這些薄弱點先于設(shè)備絕緣發(fā)生功能性擊穿進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，消耗過電壓的能量，并抑制過電壓繼續(xù)上升，達(dá)到設(shè)備免受過電壓傷害的目的。當(dāng)過電壓消失后，絕緣薄弱點自動恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)，具有以上所述絕緣薄弱點功能的器件稱為過電壓保護(hù)裝置。

3 三相組合式保護(hù)器的概念

用于三相四線制電力系統(tǒng)中來限制存在于某兩物體之間的沖擊過電壓的一種設(shè)備。

按照結(jié)構(gòu)特征部分:

(1)無間隙:功能部分為非線性氧化鋅電阻片(現(xiàn)在用的很少)。

(2)串聯(lián)間隙:功能部分為串聯(lián)間隙及氧化鋅電阻片(大量廣泛使用)。

在過電壓保護(hù)選用要求上:

(1)當(dāng)認(rèn)為系統(tǒng)中只有相對地過電壓時，采用普通單只避雷器限制對地過電壓。

(2)如果系統(tǒng)中還有相對相之間的過電壓時，采用兩只普通單只避雷器的串聯(lián)方式顯然成本太高，而且沒有真正起到有效的保護(hù)，大部分已用三相四星形方式的過電壓保護(hù)器取代!同時實現(xiàn)了相間、相對地的保護(hù)。采用四星型接線方式，相對相及相對地的保護(hù)水平相同，可大大降低相間過電壓［3］。

4 三相組合式保護(hù)器的安全隱患

三相組合式過電壓保護(hù)經(jīng)過近二十年的發(fā)展，近百萬套在各大企業(yè)的運(yùn)行狀況分析、事故率抽查，如湖南某制氧廠在分閘操作星點柜發(fā)現(xiàn)過電壓保護(hù)器本體崩裂，由于自藕變壓器繞組存在較大的電感量，以及繞組的匝間電容、對地電容和雜散電容的存在，相當(dāng)于一個LC振蕩回路，根據(jù)真空斷路器操作過電壓產(chǎn)生的機(jī)理，當(dāng)切斷大電流時容易產(chǎn)生過電壓太高，泄放電流太大，超過了過電壓保護(hù)器的承受能力，電流通過時巨大的電動力和保護(hù)器內(nèi)部熱量急劇增大使過電壓保護(hù)器發(fā)生崩裂，我們不難發(fā)現(xiàn)一些前期沒有考慮到的弊端一一呈現(xiàn)出來:

(1)組合式過電壓保護(hù)的耗能元件為ZnO閥片，在諧振過電壓下，ZnO閥片極易發(fā)生熱擊穿，熱擊穿后呈短路特性，造成保護(hù)器內(nèi)部相間短路的故障。

(2)保護(hù)器在長時間的吸收過電壓情況下，內(nèi)部急劇發(fā)熱，造成殼體破裂，電弧外泄，引發(fā)開關(guān)柜內(nèi)的相間短路，形成爆炸事故，造成用電企業(yè)停產(chǎn)停電，經(jīng)濟(jì)上受損，工作人員的安全也應(yīng)高度重視。

(3)弧光接地時，過電壓的能量由電源提供，持續(xù)時間較長，能量很大。當(dāng)過電壓的能量超過避雷器所能承受的400A 2ms的能量指標(biāo)時，就會造成避雷器的爆炸事故［4］。當(dāng)發(fā)電機(jī)出口發(fā)生間歇性弧光接地時，非故障相避雷器動作或絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿等等，都會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口相間短路的發(fā)生，后果不堪設(shè)想［5］。

(4)防雷保護(hù)裝置本身因遭雷擊損壞［6］。

5 解決方案

針對近百萬臺次的跟蹤調(diào)查與分析，完善的方法有:

(1)提高ZnO閥片的容量，采用特殊工藝大能容的閥片。氧化鋅避雷器雷電過電壓保護(hù)水平接近普閥的，失去應(yīng)用ZnO材料的意義，應(yīng)改進(jìn)氧化鋅結(jié)構(gòu)，充分利用ZnO的特性，比現(xiàn)行國際規(guī)定值降低30%是完全可能的［7］。目前，HYDB型過電壓保護(hù)裝置2ms長持續(xù)時間電流沖擊耐受試驗在西高所已通過保守值1000A的型式試驗!大大延長了老化時間和壽命。

(2)在保護(hù)前端加裝脫離器:脫離裝置在短路電流的作用下迅速動作，脫離該短路點，同時產(chǎn)生足以使與之并聯(lián)的其他線路的自脫離過電壓保護(hù)裝置動作的過電壓，將短路能量轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)該故障相間短路點的可靠切除。

(3)原監(jiān)測儀的顯示屏顯示該支路的自脫離過電壓保護(hù)裝置處于脫離狀態(tài)，也可通過485接口向中控傳輸，提供一個開關(guān)接點信號供其他形式報警作用。

比較項目HYDB 大能容防爆型復(fù)合式過電壓裝置早期過電壓保護(hù)器主要功能元件采用公司自制ZnO，采用大能容的閥片，HYDB型過電壓保護(hù)裝置2ms長持續(xù)時間電流沖擊耐受試驗在西高所已通過保守值1000A的型式試驗!大大延長了老化時間和壽命!普通的閥片，2ms的方波電流只要150到400A，對環(huán)境要求高短路保護(hù)在保護(hù)前端加裝脫離器:脫離裝置在短路電流的作用下迅速動作，脫離該短路點。材料及普通電纜外形結(jié)構(gòu)體積小，外形美觀，方便維護(hù)、檢修。結(jié)構(gòu)組合性差，容易損壞。沒有加裝脫離器材料采用進(jìn)口的ABS材料及高性能的電力電纜采用國產(chǎn)的ABS顯示通訊監(jiān)測儀的液晶顯示屏顯示該支路的自脫離過電壓保護(hù)裝置處于脫離狀態(tài)，也可通過485接口向中控傳輸，提供一個開關(guān)接點信號供其他形式報警作用。計數(shù)器只有液晶顯示動作計數(shù)功能，無通訊及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能綜合質(zhì)量性能優(yōu)越，供電可靠性高，維護(hù)量小，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，安全性高，防護(hù)等級高。各種性能均為普通型式，對供電要求不高的場所可運(yùn)行

6 過電壓保護(hù)的終極目的及措施

使用過電壓保護(hù)的直接目的:是為了避免過電壓給設(shè)備造成傷害。事實上，早期過電壓保護(hù)器存在另一種安全隱患就是過電壓保護(hù)器的自身安全，因此，HYDB型過電壓保護(hù)裝置是為了一個更高的最終目的:系統(tǒng)的安全運(yùn)行!

圖1 HYDB型大能容防爆型復(fù)合式過電壓保護(hù)器的功能塊圖

過電壓保護(hù)是一個系統(tǒng)工程，建議進(jìn)一步完善保護(hù)措施。建議措施如下:建議用戶充分考慮設(shè)備的使用環(huán)境，選用合適的保護(hù)器型號及通流量;從正規(guī)品牌大廠購進(jìn)帶有防爆型過電壓產(chǎn)品;在使用安裝時小心搬運(yùn)，不得提拉高壓電纜導(dǎo)致絕緣損傷。

7 結(jié)語

采用正規(guī)的生產(chǎn)廠家，提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行，做到性能與價格的合理，是廣大供配電專業(yè)人員對新時期過電壓保護(hù)器生產(chǎn)廠家的基本要求。HYDB型大能容防爆型復(fù)合式過電壓保護(hù)裝置成功地整合了傳統(tǒng)的組合式過電壓保護(hù)器功能和過電壓保護(hù)元件短路故障自動脫離功能，在現(xiàn)場有限的空間下得以順利安裝，集過電壓保護(hù)，短路故障自脫離，信號輸出，動作計數(shù)，通訊連網(wǎng)等功能為一體，完善了過電壓保護(hù)方案，真正實現(xiàn)了系統(tǒng)的安全保護(hù)目的，HYDB在風(fēng)電廠運(yùn)用的效果也很明顯。

［1］更煥年.110～220kV電力系統(tǒng)中的諧振過電壓事故.電力技術(shù)，1988，(3).

［2］更煥年.定相引起的鐵磁諧振過電壓.高電壓技術(shù)，1976，(1).

［3］姜壇，王川，李延軍.真空斷路器操作過電壓分析與限制措施.銅業(yè)工程，2006，(2)

［4］姜壇.弧光接地過電壓及其限制措施.銅業(yè)工程，2006，(4).

［5］姜壇，王川.大容量快速開斷裝置［J］.銅業(yè)工程，2006，(3):40－44.

［6］董振亞.電力系統(tǒng)的過電壓保護(hù)［J］.中國電力.1997.

［7］許穎.3～66kV中性點非有效接地系統(tǒng)無間隙氧化鋅避雷器存在的問題［J］.中國電力，1994，(5).

Electing Analyze on Composite Over－voltage Protection Device

JAING Tan，YU You－bao，QI Fu

(Anhui Hengkai Power Protection Equipment Co.，Ltd.Hefei，Anhui，China 230088)

The self safety of over－voltage protection equipment needs to be solved at once.In this article，the large capacity explosion－proof composite over－voltage protection device is introduced.Through innovating process to expand the capacity of the valve can，adding short－circuit protection components to realize explosion－proof function and checking action times with CT to connect back communications to meet the require of electrical automation.This can protect short－circuit their own products，and improve single energy capacity to supply a safety practical utility and convenient new composite over－voltage protection device.This product has lots of advantages such as real－time，controllability，permissibility and automated performance.It can improve enterprise＇s automatic control level and system over－voltage protection level，as well as economic benefits，to protect safety production and realize continuous development.

large to accommodate;since from;explosion－proof;compound Model;over－voltage protection device

TM86

B

1009－3842(2011)01－0066－03

2010－12－26

姜壇(1977－)男，安徽宣城人，碩士，從事過電壓保護(hù)技術(shù)研究應(yīng)用及管理工作，E－mail:jtan66@hotmail.com