10kV系統(tǒng)三相四柱組合式過(guò)電壓保護(hù)器運(yùn)行存在的問(wèn)題及處理方案

陳 軍

（湛江港（集團(tuán)）股份有限公司，廣東 湛江 524000）

1 前言

金錨站（即中心站）由兩臺(tái)110/10kV主變雙電源進(jìn)線供電，一備一用，110kV側(cè)雙電源可以實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行，確保任一條電源在檢修或發(fā)生故障時(shí)10kV系統(tǒng)可靠運(yùn)行。各開(kāi)關(guān)站和變電所負(fù)荷類型眾多，運(yùn)行工況復(fù)雜多變。隨著真空斷路器的使用，帶來(lái)操作過(guò)電壓的問(wèn)題。單只氧化鋅避雷器由于絕緣配合的問(wèn)題，只能保護(hù)相地，不能保護(hù)相間。三相四柱組合式過(guò)電壓保護(hù)器曾發(fā)生過(guò)擊穿短路爆炸事故。所以系統(tǒng)中大量使用三相四柱組合式過(guò)電壓保護(hù)器防護(hù)相間、相地過(guò)電壓,且以帶串聯(lián)間隙產(chǎn)品為主。

2 常見(jiàn)事故

三相四柱組合式過(guò)電壓保護(hù)器均由四個(gè)氧化鋅閥片單元組成“四星形”接法，閥片單元兩兩組合形成相-相、相-地保護(hù)，但這種“四星形”組合式原理給保護(hù)器人為制造出一個(gè)中性點(diǎn)，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)非故障相閥片單元很容易發(fā)生熱崩潰，由于這種“四星形”接法是兩個(gè)單元分擔(dān)運(yùn)行電壓，當(dāng)一只單元損壞時(shí)會(huì)導(dǎo)致其它單元迅速損壞，這種連鎖反應(yīng)最終會(huì)導(dǎo)致相間短路使得事故擴(kuò)大。

此“四星型”結(jié)構(gòu)由于間隙的串入，對(duì)產(chǎn)品的制造工藝要求特別是密封要求很高，使得制造工藝變得復(fù)雜；間隙的串入使得保護(hù)水平首先決定于間隙的沖擊放電電壓，由于間隙的截?cái)啾群头稚⒍容^大，與氧化鋅的配合有一定的難度，沖擊放電電壓高，則保護(hù)裕度小，危及設(shè)備安全，沖擊放電電壓低，則起不到保護(hù)氧化鋅閥片的目的；另間隙的串入使氧化鋅良好的非線性特性無(wú)法發(fā)揮，在間隙放電之前，氧化鋅非線性電阻起不到緩和過(guò)電壓波頭陡度和降低振蕩頻率的作用，當(dāng)過(guò)電壓波頭陡度大時(shí)，將會(huì)使設(shè)備的匝間絕緣擊穿；間隙的串入使得無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的在線監(jiān)測(cè)和離線檢驗(yàn)。

“四星形”組合式過(guò)電壓保護(hù)器在運(yùn)行過(guò)程中帶來(lái)的一系列問(wèn)題，長(zhǎng)期困擾著用戶。

系統(tǒng)發(fā)生事故都是小概率事件，各種暫態(tài)或瞬態(tài)過(guò)電壓造成的事故時(shí)有發(fā)生，這些事故在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件下難以重復(fù)和再現(xiàn)，對(duì)事故的分析只能根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行推測(cè)和判斷。

3 原因分析

目前電力系統(tǒng)過(guò)電壓的監(jiān)測(cè)，主要集成在一些智能設(shè)備中，還沒(méi)有專門(mén)的設(shè)備對(duì)瞬態(tài)電壓進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和記錄。傳統(tǒng)的過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置采樣信號(hào)來(lái)自于電磁式電壓傳感器，采樣頻率在10kHz以下。而雷電過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間短，一般為100μs左右，波頭是微妙數(shù)量級(jí)。所以電磁式電壓互感器無(wú)法真實(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的多種瞬態(tài)電壓。

由于缺乏精確的數(shù)據(jù)記錄，而且故障發(fā)生的全過(guò)程（故障前、故障中、故障后）真實(shí)數(shù)據(jù)是分析事故依據(jù)，沒(méi)有精確的數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確地判定事故的原因，這對(duì)于事故責(zé)任的認(rèn)定、防止類似事故的再次發(fā)生十分不利。

電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備在運(yùn)行中除了受長(zhǎng)期工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種比工作電壓高很多的過(guò)電壓的作用。其后果是：設(shè)備絕緣損壞，造成長(zhǎng)時(shí)間的停電，危及人身和設(shè)備安全。按產(chǎn)生原理和作用機(jī)理過(guò)電壓主要分為外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。

外部過(guò)電壓又稱雷擊過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓，是指電力系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備及地面建筑物遭受直接雷擊或雷電感應(yīng)而產(chǎn)生的過(guò)電壓。

內(nèi)部過(guò)電壓是指電力系統(tǒng)中由于真空斷路器操作、故障發(fā)生及消失或其它原因，使系統(tǒng)發(fā)生變化，引起電網(wǎng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)換或傳遞所造成的電壓升高。內(nèi)部過(guò)電壓分為操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓兩大類。操作過(guò)電壓是由于進(jìn)行真空斷路器操作或故障時(shí)引起的暫態(tài)電壓升高。根據(jù)操作過(guò)電壓產(chǎn)生的原因，操作過(guò)電壓可分為重燃過(guò)電壓、截流過(guò)電壓、弧光接地過(guò)電壓等；暫時(shí)過(guò)電壓可分為諧振過(guò)電壓和工頻電壓升高。

在這些過(guò)電壓中，弧光接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓由于持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)的危害最大，會(huì)造成電氣設(shè)備絕緣損傷、PT燒毀、電纜放炮、避雷器爆炸等事故。

4 建議處理方案

針對(duì)10kV系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題，以上做了簡(jiǎn)要的分析。對(duì)于該系統(tǒng)運(yùn)行中存在的諸多問(wèn)題，我們給出以下幾點(diǎn)建議：

“四星形”組合式過(guò)電壓保護(hù)器由于原理及間隙的固有缺陷，在使用過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生故障。我們建議使用無(wú)間隙六柱結(jié)構(gòu)組合式氧化鋅避雷器，相間、相地都使用整組的氧化鋅閥片單元進(jìn)行相間、相地過(guò)電壓防護(hù)，六組氧化鋅閥片單元獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。

六柱結(jié)構(gòu)沒(méi)有了“四星形”人為制造的中性點(diǎn)，也就不存在“四星形”人為制造中性點(diǎn)所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，如：地相單元熱崩潰、連鎖反應(yīng)等。

六柱結(jié)構(gòu)采用無(wú)間隙設(shè)計(jì)，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：陡波響應(yīng)特性好，無(wú)截波，對(duì)保護(hù)設(shè)備無(wú)不良影響；無(wú)放電延時(shí)，響應(yīng)速度為納秒量級(jí)；采用真空環(huán)氧澆注，耐污穢，可適用于高海拔地區(qū)；易于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)防性試驗(yàn)，確保產(chǎn)品安全、可靠運(yùn)行。

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