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摘? 要:本文針對(duì)普通氧化鋅避雷器在單相接地時(shí)容易發(fā)生事故的缺點(diǎn),介紹了一種四間隙星形組合式過(guò)電壓保護(hù)器的接法,并對(duì)如何正確地選用避雷器和避雷器的技術(shù)措施上給出合理性建議。
1?概述
在電力系統(tǒng)中,各種過(guò)電壓現(xiàn)象十分普遍。主要大致可以分為:諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓三種情況[1]。如果沒(méi)有有效的針對(duì)性的防范措施,隨時(shí)都可能發(fā)生較大的事故。尤其是在大慶這樣以石油為重要原料的生產(chǎn)基地,一旦因過(guò)電壓事故導(dǎo)致線路停電或變電所失電,影響油田生產(chǎn)進(jìn)度,會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。在供電系統(tǒng)中存在大量的變壓器、電磁式電壓互感器等非線性電感性設(shè)備,正常工作時(shí),電壓互感器電感運(yùn)行在線性區(qū)域,但是發(fā)生開(kāi)關(guān)操作、單相接地等情況時(shí),電感的工作狀態(tài)會(huì)轉(zhuǎn)移到飽和區(qū),導(dǎo)致電流電壓異常,出現(xiàn)電壓互感器燒毀或保險(xiǎn)熔斷甚至爆炸現(xiàn)象。目前電網(wǎng)中已經(jīng)采取了很多種抑制電網(wǎng)過(guò)電壓的措施,比如中性點(diǎn)接地、安裝消弧線圈等,抑制過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)造成的危害,本文希望通過(guò)對(duì)氧化鋅避雷器的一些研究和改進(jìn),能夠更好地完善對(duì)供電系統(tǒng)的過(guò)電壓防護(hù)措施。
2 氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)和工作特性
2.1避雷器的作用
避雷器的作用是限制過(guò)電壓以保護(hù)電氣設(shè)備[2]。避雷器就是在線路或設(shè)備上人為地制造絕緣薄弱點(diǎn)即間隙裝置,間隙的擊穿電壓比線路或設(shè)備的雷電沖擊絕緣水平低,在正常運(yùn)行電壓下間隙處于隔離絕緣狀態(tài),在過(guò)電壓下間隙被擊穿接地,放電降壓起到保護(hù)線路或設(shè)備絕緣的作用。
2.2 氧化鋅避雷器簡(jiǎn)介
金屬氧化鋅避雷器(Metal Oxide Surge Arresters),簡(jiǎn)稱(chēng)氧化鋅避雷器(MOA),通常是指僅由氧化鋅電阻片相串聯(lián)或并聯(lián),而無(wú)串并聯(lián)放電間隙的避雷器[3]。目前大多數(shù)氧化鋅避雷器由氧化鋅閥片、壓力釋放裝置和瓷套組成。氧化鋅閥片是以ZnO為主,添加少量Bi2O3,Cr2O3等其他金屬氧化物,在1000℃以上高溫?zé)Y(jié)而成。ZnO微粒的電阻率約為10-2??m,是導(dǎo)電性的。晶界層的電阻率是變化的,在低電壓下約為10-8??m,在高電壓下能突然下降到10-2??m,閥片此時(shí)由晶界層所決定而呈現(xiàn)出的高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為由氧化鋅電阻決定的低阻狀態(tài),從而產(chǎn)生明顯的壓敏特性。晶界層的介電常數(shù)約為500~2000,所以ZnO閥片的固定電容較大,運(yùn)行時(shí)流經(jīng)閥片的電流主要是容性電流。
3 氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)中的保護(hù)作用
3.1 普通氧化鋅避雷器的保護(hù)
普通氧化鋅避雷器的殘壓比,荷電率滿足公式(2-1)的要求。
??????????????? 2-1
上式中,Ue為運(yùn)行電壓,U1mA為直流參考電壓。一般氧化鋅避雷器K1=0.75,高水平的閥片避雷器K1=0.8。
根據(jù)10kV氧化鋅避雷器保護(hù)參數(shù),當(dāng)避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓Ue=6.6kV時(shí),則1mA直流參考電壓U1mA=18.9kV。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),則其他兩相電壓Ue將升高√3倍,這時(shí)氧化鋅避雷器的荷電率由公式(2-1)可知,K1=√2×√3×6.6/18.9=0.86。在這樣高的荷電率情況下,氧化鋅避雷器保證不了長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行。因此,氧化鋅避雷器在系統(tǒng)單相接地或諧振時(shí)發(fā)生操作過(guò)電壓情況損壞較多。
3.2 四間隙星形組合式過(guò)電壓保護(hù)器保護(hù)
組合式過(guò)電壓保護(hù)器分無(wú)間隙和有帶串聯(lián)間隙兩種,本文主要討論帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。四間隙星形組合式過(guò)電壓保護(hù)器是一種帶串聯(lián)間隙的組合式氧化鋅避雷器,它是由四個(gè)帶放電間隙的氧化鋅單元構(gòu)成,并以四星形方式聯(lián)接。
4 氧化鋅避雷器在運(yùn)行中的問(wèn)題簡(jiǎn)析
4.1 氧化鋅避雷器的密封問(wèn)題
在生產(chǎn)廠家那里,必須有很好的密封技術(shù),氧化鋅避雷器的密封出現(xiàn)老化是影響其發(fā)揮作用的重要因素。要么是廠家的密封技術(shù)太過(guò)粗糙,要么就是密封材料本身的質(zhì)量一般,不對(duì)應(yīng)對(duì)各種環(huán)境的變化,沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間使用的性能,一旦密封出現(xiàn)問(wèn)題,潮氣自然會(huì)進(jìn)入到避雷器里面,使得其內(nèi)部的絕緣失效,導(dǎo)致氧化鋅閥片迅速出現(xiàn)劣化,最終引發(fā)避雷器的爆炸。
4.2 氧化鋅閥片抗老化性能差
避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之一的氧化鋅閥片,會(huì)隨著避雷器使用時(shí)間的增加,其劣化程度會(huì)逐漸加深,從而造成泄漏的電流也慢慢增加,甚至在和瓷套內(nèi)部放電,如果情況嚴(yán)重的時(shí)候,避雷器內(nèi)部的氣體壓力以及溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速上升,必然會(huì)造成避雷器的自身發(fā)生爆炸事故。
5 氧化鋅避雷器的相關(guān)技術(shù)措施
5.1 設(shè)計(jì)選型
設(shè)計(jì)選型的時(shí)候,盡量選擇有多年穩(wěn)定地運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品,并且要根據(jù)實(shí)際情況判斷該生產(chǎn)商是否具有先進(jìn)設(shè)備、檢測(cè)手段等。例如,對(duì)組合式過(guò)電壓保護(hù)器的選用:
在選用組合式過(guò)電壓保護(hù)器時(shí),首先要了解被選產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、ZnO電阻片和間隙的產(chǎn)品質(zhì)量、整體的絕緣性能和密封性能。同時(shí),其各性能指標(biāo)必須全部符合國(guó)家及行業(yè)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的要求。選擇MOA的重要技術(shù)參數(shù)是額定電壓、最大持續(xù)電壓、標(biāo)稱(chēng)電流、雷電沖擊保護(hù)水平、操作沖擊保護(hù)水平等,下面就3~35kV系統(tǒng)串聯(lián)間隙金屬氧化鋅避雷器選擇進(jìn)行闡述。
5.2 在線監(jiān)測(cè)
要有檢測(cè)氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)儀,在監(jiān)測(cè)過(guò)程中,要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的力度,嚴(yán)格要求,尤其是在可能出現(xiàn)故障的環(huán)境里(如雷電頻繁活動(dòng)的區(qū)域),對(duì)其容易發(fā)生故障的地方多加關(guān)注,對(duì)于接近使用壽命期限的避雷器更是要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),定期排除各種可能發(fā)生的危險(xiǎn)事故,利用在線檢測(cè)設(shè)備來(lái)減少事故的發(fā)生率,延長(zhǎng)避雷器的使用壽命。
6 結(jié)束語(yǔ)
氧化鋅避雷器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、非線性好和保護(hù)性強(qiáng)等特性而得到廣泛應(yīng)用,但造成避雷器發(fā)生各種安全事故的原因也有多樣,針對(duì)這些原因需要一一制定預(yù)防措施,并認(rèn)真落實(shí),相信對(duì)提高避雷器的安全性和延長(zhǎng)其使用壽命會(huì)起到幫助作用。隨著電力設(shè)備逐步更新、技術(shù)不斷進(jìn)步,在今后電網(wǎng)中可能會(huì)引進(jìn)其他型號(hào)的新型避雷器,也會(huì)在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)其他對(duì)于避雷器運(yùn)行的影響因素,仍需要通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)這些知識(shí)有進(jìn)一步的了解。
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