并聯(lián)電容器裝置保護(hù)用氧化鋅避雷器的選型問題

1、并聯(lián)電容器裝置保護(hù)用氧化鋅避雷器的選型問題唐耀勝摘要：從我國電力系統(tǒng)實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合避雷器選型的歷史回顧和新版本的避雷器國家標(biāo)準(zhǔn)，提出了使電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的并聯(lián)電容器裝置用氧化鋅避雷器的選型方法，對(duì)變電站中并聯(lián)電容器裝置的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器；額定電壓；持續(xù)運(yùn)行電壓；并聯(lián)電容器裝置1、以往只考慮操作過電壓和雷電過電壓水平的避雷器選型及弊端國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，系統(tǒng)供電端電壓應(yīng)略高于系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓（或額定電壓）Un的K倍，即K=Um/Un（Um是系統(tǒng)最高電壓）。電氣設(shè)備的絕緣應(yīng)能在Un下長期運(yùn)行。220kV及以下系統(tǒng)的K為1.15，330kV及以下系統(tǒng)的K=1.1。避雷器

2、設(shè)計(jì)的初期也遵守上述原則。氧化鋅避雷器之前是SiC避雷器。10kV及以下SiC避雷器的滅弧電壓設(shè)計(jì)是定在系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓的1.1倍；35kVSiC避雷器的滅弧電壓等于系統(tǒng)最高電壓；110kV及以上SiC避雷器的滅弧電壓為系統(tǒng)最高電壓的80。對(duì)應(yīng)以上的倍數(shù)分別有110避雷器、100避雷器和80避雷器。我國使用氧化鋅避雷器初期，其額定電壓是以SiC避雷器的滅弧電壓為參考作設(shè)計(jì)的。早期的6kV、10kV和35kV避雷器均遵守上述原則，如：Y5WR-7.6/26、Y5WR-12.7/45、Y5WR-41/130。而最大長期工頻工作電壓為系統(tǒng)最高相電壓，如Y5WR-12.7/45為：2、保證在單相接地過

3、電壓下運(yùn)行且電力系統(tǒng)安全情況下的避雷器選型及必要性從安全運(yùn)行角度，避雷器的額定電壓的選擇還應(yīng)遵守如下原則：氧化鋅避雷器的額定電壓，應(yīng)該使它高于其在安裝處可能出現(xiàn)的工頻暫態(tài)電壓。在110kV及以上的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中是可以按上述方法選擇的。在110kV及以下的中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，電力部門規(guī)程規(guī)定在單相接地情況下允許運(yùn)行2h，有時(shí)甚至在斷續(xù)地產(chǎn)生弧光接地過電壓情況下運(yùn)行2h以上才能發(fā)現(xiàn)故障，這類系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)氧化鋅避雷器在額定電壓下安全運(yùn)行10s構(gòu)成嚴(yán)重威脅。且氧化鋅避雷器與SiC避雷器結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)不同（后者是有間隙滅弧，前者沒有間隙或者只有隔流間隙），使得實(shí)踐中氧化鋅避雷器出現(xiàn)熱崩潰甚至嚴(yán)重的

4、爆炸事故。面對(duì)這種情況，許多供電局、電力設(shè)計(jì)院根據(jù)各地的電網(wǎng)條件提出了許多類型的額定電壓值（如14.4kV，14.7kV等）。而在多次國標(biāo)討論稿中動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中耐受10s的額定電壓規(guī)定提高至1.21.3倍，使氧化鋅避雷器對(duì)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)工況的適應(yīng)能力有所提高。而由于氧化鋅避雷器的額定電壓選擇過低，使避雷器在單相接地過電壓甚至許多暫態(tài)過電壓下工作出現(xiàn)安全事故。電力部安全監(jiān)察及生產(chǎn)協(xié)調(diào)司早在1993年10月30日第十七期安全情況通報(bào)上就對(duì)避雷器提出修改意見。文中要求對(duì)新裝設(shè)的366kV電壓等級(jí)無間隙氧化鋅避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓（UC）和額定電壓（Ur）按表1所列值選擇，而同時(shí)保護(hù)性能不能降低。（

5、括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)適用于發(fā)電機(jī)和變壓器中性點(diǎn)氧化鋅避雷器，Um為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓的1.05-1.10倍）    而在通報(bào)發(fā)布與新標(biāo)準(zhǔn)修訂的過渡階段，對(duì)中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)的氧化鋅避雷器額定電壓、持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇提出了如下設(shè)計(jì)規(guī)則：    額定電壓在參考SiC避雷器滅弧電壓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上乘以1.2-1.3倍，持續(xù)運(yùn)行電壓為系統(tǒng)運(yùn)行最高線電壓。這樣各種電壓等級(jí)電容器用避雷器的額定電壓數(shù)據(jù)如下： 6kV額定電壓（型號(hào)為Y5WR-10/27）：    上述基本數(shù)據(jù)由于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，避雷器廠家及使用單位在設(shè)計(jì)制造中會(huì)有出入。3

6、60;、貫徹2000年版新標(biāo)準(zhǔn)，安全、合理地對(duì)避雷器進(jìn)行選型的現(xiàn)實(shí)性    在我國2000年新標(biāo)準(zhǔn)中（GB11032-2000），額定電壓的選擇上述1.2-1.3倍原則得到了認(rèn)可，但持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇則出現(xiàn)了新規(guī)定：從反映避雷器使用壽命的參數(shù)1.5Un/U1mA作為參考值選擇（設(shè)計(jì)）避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓。以國內(nèi)避雷器的設(shè)計(jì)、制造水平，一般值為80，故持續(xù)運(yùn)行電壓選擇為額定電壓的0.8倍。這一點(diǎn)我們從伏安曲線的小電流區(qū)上看，是有根據(jù)的。這樣新標(biāo)準(zhǔn)中電容器裝置用避雷器選型參數(shù)如表2。 這樣，在實(shí)踐中根據(jù)具體條件進(jìn)行模擬計(jì)算或按經(jīng)驗(yàn)慣例對(duì)避雷器進(jìn)行選型時(shí)，應(yīng)考慮單相接地運(yùn)

7、行1h的過電壓水平。但用戶中的技術(shù)協(xié)議甚至電力設(shè)計(jì)院圖紙中出現(xiàn)了許多與上述值有細(xì)微差別的額定電壓值，我認(rèn)為是不必要的（如10kV中出現(xiàn)16.5kV、16.7kV等）。理由是實(shí)際設(shè)計(jì)避雷器過程中，額定電壓值在伏-安曲線中是在小電流區(qū)里面，均小于U1mAAC值，追求細(xì)微之差在實(shí)際避雷器設(shè)計(jì)中得不到實(shí)現(xiàn)；另外從下面論述可知，按照新國標(biāo)要求選擇才能在許可過電壓下安全使用（這是指不接地系統(tǒng)）。4、按2000年版新標(biāo)準(zhǔn)中非接地系統(tǒng)氧化鋅避雷器選型的科學(xué)性41、額定電壓的選擇應(yīng)按施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值選擇、設(shè)計(jì)，此時(shí)能在所規(guī)定的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中確定的暫態(tài)過電壓下正確地工作。持續(xù)運(yùn)行電壓的選

8、擇必須是允許持久地施加于避雷器端子間的有效值。此時(shí)工頻放電電壓要足夠高，以免在被保護(hù)設(shè)備的絕緣能耐受不需保護(hù)的操作過電壓下動(dòng)作，延長使用壽命，且必須考慮到我國現(xiàn)階段制造氧化鋅避雷器的荷電率與殘壓的實(shí)際水平。42、凡是工頻電壓升高較嚴(yán)重的處所或是設(shè)備絕緣試驗(yàn)電壓較高的條件所允許，就應(yīng)選擇較高的氧化鋅避雷器額定電壓。工頻參考電壓的選擇應(yīng)等于或大于額定電壓。這兩點(diǎn)在新國標(biāo)要求中都較好地滿足，下面計(jì)算也可發(fā)現(xiàn)是滿足過電壓要求的。國標(biāo)要求，要保證單相接地運(yùn)行2h不動(dòng)作。最嚴(yán)重情況是當(dāng)單相接地與甩負(fù)荷同時(shí)發(fā)生，此時(shí)理論計(jì)算可能出現(xiàn)的最大過電壓為199倍，則選取的氧化鋅避雷器容許持續(xù)運(yùn)行電壓UC（有效值）如

9、下：國標(biāo)按荷電率為0.8選取額定電壓（即Ur1.25 UC），均滿足要求。如果按躲開概率較高的弧光接地和諧振過電壓，則額定電壓應(yīng)滿足：再按=0.8選擇持續(xù)運(yùn)行電壓，也滿足要求。綜上所述，避雷器選型問題的主要難點(diǎn)是確定暫時(shí)過電壓的范圍問題，既要保證在較高的操作過電壓及大氣過電壓下安全、可靠地動(dòng)作，又要保證在暫時(shí)過電壓下閥片不動(dòng)作?，F(xiàn)階段避雷器的選型和設(shè)計(jì)必須保證2h單相接地時(shí)出現(xiàn)的系統(tǒng)最高過電壓氧化鋅避雷器不動(dòng)作，否則氧化鋅避雷器會(huì)出現(xiàn)熱崩潰甚至爆炸事故。故在不接地系統(tǒng)中按照新要求選擇是合適的。但在經(jīng)消弧線圈接地的電容器裝置中，接地過電壓會(huì)低許多，這時(shí)可根據(jù)實(shí)際模擬計(jì)算選擇較低的額定電壓及持續(xù)運(yùn)行電壓使氧化鋅避雷器在較低的操作過電壓下動(dòng)作，保護(hù)電容器裝置，但如果不方便模擬，也可按不接地系統(tǒng)選擇，因電容器極對(duì)地絕緣已考慮能滿足單相接地2h要求。在小于額定電壓下工作，避雷器不動(dòng)作也不會(huì)導(dǎo)致過電壓損害電