新型防雷擊及抗尖峰諧振過電壓技術的應用研究

韓長征++張雷

[摘 要]介紹了新型礦山行業(yè)防雷擊、抗尖峰及諧振過電壓新技術的工作原理，研究設計了成系列的新型過電壓保護裝置。分析了礦山行業(yè)各種過電壓的處理辦法存在的缺陷，說明了該項技術在礦山使用達到的效果。為礦山行業(yè)解決雷擊、尖峰及諧振過電壓提供了一套新的有效的辦法，避免因類似事故造成新的損失。

[關鍵詞]雷擊；尖峰；諧振；過電壓；閥值低

中圖分類號：TM864 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0369-01

0 引言

近年來，隨著工礦企業(yè)直流、變頻等設備的廣泛應用，電網(wǎng)內出現(xiàn)了大量諧波，并經(jīng)常影響礦山提升機、變壓器等設備運行[1]。因電網(wǎng)輸入或礦內直流、變頻等設備產生3、7、11、15等諧波，電機或其它電感器件與自動投切電容組成的容、抗回路一旦與某一諧波滿足諧振條件，會發(fā)生諧振，瞬間把線路電壓放大10到40倍，燒毀下掛在本線路的電機、變壓器等設備[2]。因雷擊或諧振造成提升電機突然斷電會造成墜罐事故。作者經(jīng)過長時間的探索研究，成功研發(fā)了一種新型防雷擊及抗尖峰諧振過電壓技術。

1 新型高能閥片設計

目前市場上防雷擊及抗尖峰諧振過電壓主要的產品有金屬氧化物避雷器、阻容吸收保護裝置、消弧線圈及TBP消弧柜等過電壓裝置等，但這些產品存在諸如保護效果差、發(fā)熱量大、噪聲高、調節(jié)精度低等問題[3]，不能很好的避免各類事故的發(fā)生。常采用的四星型接線的普通ZnO閥片[4]，不能對操作過電壓起到有效的保護作用，尤其是為實現(xiàn)所謂零荷電率而串接的四只保護間隙，給可靠運行帶來了極大的隱患，運行中由于受周圍環(huán)境氣候、溫度濕、度的變化及運行過程中的振動，保護間隙會偏離設定值，間隙過大起不到有效的保護作用；且在間隙電弧熄滅后，系統(tǒng)回路中的殘余電荷無泄放回路，仍對設備的絕緣構成威脅。

本文通過研究發(fā)現(xiàn)結用高能低場強ZnO閥片具有高能容、閥值電壓高、低殘壓的鉗壓特性，實現(xiàn)對過電壓的抑制及能量的吸收以及高能SiC閥片的V-A特性實現(xiàn)阻尼諧振、限流及能量的吸收的特點，設計并開發(fā)一種新型高能閥片。

1.1 ZnO與SiC串聯(lián)組件

三組由高能ZnO（RN1A、RN1B、RN1C）串接高能SiC//ZnO組件（RN2A//RC2A、RN2B//RC2B、RN2C//RC2C）組合成星形中性點接線，見圖2。高能ZnO閥值電壓值低于相電壓的峰值，SiC//ZnO組件中的SiC起限流及阻尼諧振的作用；并聯(lián)的ZnO起補償SiC殘壓過高及抑制浪涌過壓的作用。

正常運行時三相基本對稱，中性點電位為零；當電網(wǎng)發(fā)生非正常工況或誘發(fā)諧振時，中性點電位發(fā)生位移，具有阻尼相間諧振及抑制浪涌過電壓的作用。

1.2 ZnO與SiC并聯(lián)組件

ZnO與SiC并聯(lián)組成高能閥片，見圖2。

高能SiC//ZnO組件（RNG//RCG并接在中性點與地之間）組成的阻尼及過壓保護組件，正常運行時SiC（RNG）對鐵磁諧振起阻尼作用，當發(fā)生單相間隙性弧光接地過電壓時，故障接地相對中性點電位仍為相電壓，健全相對中性點電位亦為相電壓，中性點電位會發(fā)生較大的位移，大量的零序電流會通過高能SiC//ZnO組件，起到積極的消弧及限制浪涌過電壓的作用。

2 新型高能閥片技術優(yōu)勢

SiC、ZnO 兩種高科技電子陶瓷優(yōu)勢互補，大幅度提高了裝置的可靠性。JL-DXG的特性曲線如圖3所示。從圖3，我們可以發(fā)現(xiàn)，該高能閥片具有以下幾方面優(yōu)勢：

2.1 保護全面

集單相間歇性弧光接地等操作過電壓、諧振過電壓和雷擊過電壓三種保護功能于一體。當出現(xiàn)單相接地時，正常相不會因為間歇性弧光接地而引起過電壓。

2.2 諧振過電壓

采用SiC和ZnO閥片串并聯(lián)組件，可以實現(xiàn)相與相和相與地之間的限壓消諧功能，尤其是高能SiC閥片的采用，其通流容量大、能容高、閥值電壓低、漏電流大等特性，起到有效阻尼諧振的作用。

2.3 操作過電壓

高能ZnO&SiC組件的采用，不需要考慮荷電率問題，使閥值電壓遠遠低于弱絕緣設備的絕緣水平，不僅對相與地能起到良好的保護水平，還可以對相與相之間的操作過電壓起到有效地保護作用。

3 新型過電壓保護裝置

利用新型高能閥片技術設計一種新型過電壓保護裝置，見圖4。此消弧及過電壓保護裝置將ZnO、SiC兩種高科技電子閥片結合于一體，對操作過電壓、諧振過電壓、雷擊過電壓、尤其對由單向間歇性弧光接地引起的暫態(tài)過電壓起有效的抑制及良好的保護作用。 另外，對于電壓不穩(wěn)、諧振劇烈的風電及雷電高發(fā)地區(qū)的電網(wǎng)更為適合。

4 現(xiàn)場試驗

在湖南寧遠縣冷水鄉(xiāng)一個鐵礦，一打雷礦上就跳閘停電，有時燒毀變電所設備，裝上一套10KV過電壓保護裝置以后，供電正常。在一路母線上裝上一套過電壓保護裝置后，雷擊、尖峰、諧振等任何過電壓都可保護，跟線路負載沒關系，只要電壓匹配就行，AC220V的裝置，線路電壓超過250V就起作用，AC380的線路超過450V就起作用。

5 結論

該技術應用到礦山以后，可避免因雷擊斷電造成的墜罐、燒毀設備、停產等損失，并預防因發(fā)生諧振造成燒毀提升機電機、變壓器等設備，還可以減輕因投切、負載變化引起尖峰電壓對設備絕緣的破壞。不管線路負載大小，何種負載只要在相映電壓的供電線路上裝上相映電壓的過電壓保護裝置即可起到保護作用。此項新技術在礦建和永久礦山上都具有極大的推廣價值。

參考文獻

[1] 王茂成，呂永麗等.10KV絕緣導線雷擊斷線機理分析和防治措施[J]. 高電壓技術，2007，33（1）：102-105.

[2] 侯牧武，曾嶸，何金良.感應過電壓對輸電線路耐雷水平的影響[J]. 電網(wǎng)技術，2004，12：118-120.

[3] 周瑜，席保鋒，徐陽，夏燕莉.過電壓監(jiān)測技術與設備絕緣狀態(tài)研究分析[J]. 絕緣材料，2009，42（3）：60-63.

[4] 李建華，周翔.過電壓在線檢測技術在變電站安全運行中的應用[J]. 論壇，2007，6：44-45.