复合式过电压保护装置的选用分析

姜坛，余友宝，祁福

(安徽恒凯电力保护设备有限公司，安徽合肥 230088)

复合式过电压保护装置的选用分析

姜坛，余友宝，祁福

(安徽恒凯电力保护设备有限公司，安徽合肥 230088)

过电压保护器的自身安全亟需解决。本文介绍了基于大能容防爆型的复合式过电压保护装置。应用改进工艺扩大阀片能容量、加装短路保护组件来实现防爆功能、通过CT来检测动作次数并与后台通讯达到整个电气系统联系在一起，顺应电气综合自动化的要求，对自身产品短路有保护，提高单台能容量发挥更大的使用价值，给用户提供一个安全、实用、方便的新型复合式过电压保护装置。产品具有实时性、可控性、防爆性、自动化性能等方面的优势，提高了企业的自动化控制水平、系统过电压保护水平和经济效益，保障企业安全运行，实现可持续发展。

大能容;自脱离;防爆;复合式;过电压保护装置

1 引言

随着电气化程度的加快，高铁、高速路网、系统电网的合理布局，对整个配电装置的要求越来越高，经过改革开放三十几年的努力，过电压保护装置的改进已上升了许多，三相组合式过电压保护器产品，由于具有相间和相对地的保护功能，从而成功地解决了因真空开关开断而引起的操作过电压对设备绝缘危害的问题。为我国的电力事业作出了巨大的贡献。

但随着系统的日益扩大，电缆及非线性负载的普遍采用，操作过电压和谐振过电压越来越越严重，导致保护器动作越来越频繁，阀片老化速度加快，也使保护器的预期寿命相应缩短。以致于，在系统谐振过电压等其它非正常条件下，保护器本身发生崩溃，进而引发开关柜内相间短路，给用户带来较大的经济损失。

为了解决上述问题，安徽恒凯电力保护设备有限公司研制生产出了新一代大容量防爆型复合式过电压保护装置，通过优化过电压保护装置的性能指标，加大了过电压吸收容量，该装置增设了过电压动作计数及故障自动脱离功能，免去了繁琐的定期检测工作，解决了工程技术人员对设备安全运行问题的担忧。在江西某钢铁(集团)公司，由该系统组成的过电压保护装置及网络已得到了成功应用。

2 过电压保护的概念

过电压事故在中性点有效接地系统和非有效接地系统中均有发生，是电力设备损坏的主要原因之一［1，2］。过电压保护是一种使设备免受过电压伤害的方法。具体描述:根据国标电力设备绝缘配合的要求人为地在系统中设置一系列绝缘薄弱点，使这些薄弱点与设备并联连接，这些绝缘薄弱点在系统电压呈截止状态。当出现过电压时，这些薄弱点先于设备绝缘发生功能性击穿进入导通状态，消耗过电压的能量，并抑制过电压继续上升，达到设备免受过电压伤害的目的。当过电压消失后，绝缘薄弱点自动恢复到截止状态，具有以上所述绝缘薄弱点功能的器件称为过电压保护装置。

3 三相组合式保护器的概念

用于三相四线制电力系统中来限制存在于某两物体之间的冲击过电压的一种设备。

按照结构特征部分:

(1)无间隙:功能部分为非线性氧化锌电阻片(现在用的很少)。

(2)串联间隙:功能部分为串联间隙及氧化锌电阻片(大量广泛使用)。

在过电压保护选用要求上:

(1)当认为系统中只有相对地过电压时，采用普通单只避雷器限制对地过电压。

(2)如果系统中还有相对相之间的过电压时，采用两只普通单只避雷器的串联方式显然成本太高，而且没有真正起到有效的保护，大部分已用三相四星形方式的过电压保护器取代!同时实现了相间、相对地的保护。采用四星型接线方式，相对相及相对地的保护水平相同，可大大降低相间过电压［3］。

4 三相组合式保护器的安全隐患

三相组合式过电压保护经过近二十年的发展，近百万套在各大企业的运行状况分析、事故率抽查，如湖南某制氧厂在分闸操作星点柜发现过电压保护器本体崩裂，由于自藕变压器绕组存在较大的电感量，以及绕组的匝间电容、对地电容和杂散电容的存在，相当于一个LC振荡回路，根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断大电流时容易产生过电压太高，泄放电流太大，超过了过电压保护器的承受能力，电流通过时巨大的电动力和保护器内部热量急剧增大使过电压保护器发生崩裂，我们不难发现一些前期没有考虑到的弊端一一呈现出来:

(1)组合式过电压保护的耗能元件为ZnO阀片，在谐振过电压下，ZnO阀片极易发生热击穿，热击穿后呈短路特性，造成保护器内部相间短路的故障。

(2)保护器在长时间的吸收过电压情况下，内部急剧发热，造成壳体破裂，电弧外泄，引发开关柜内的相间短路，形成爆炸事故，造成用电企业停产停电，经济上受损，工作人员的安全也应高度重视。

(3)弧光接地时，过电压的能量由电源提供，持续时间较长，能量很大。当过电压的能量超过避雷器所能承受的400A 2ms的能量指标时，就会造成避雷器的爆炸事故［4］。当发电机出口发生间歇性弧光接地时，非故障相避雷器动作或绝缘薄弱环节击穿等等，都会导致发电机出口相间短路的发生，后果不堪设想［5］。

(4)防雷保护装置本身因遭雷击损坏［6］。

5 解决方案

针对近百万台次的跟踪调查与分析，完善的方法有:

(1)提高ZnO阀片的容量，采用特殊工艺大能容的阀片。氧化锌避雷器雷电过电压保护水平接近普阀的，失去应用ZnO材料的意义，应改进氧化锌结构，充分利用ZnO的特性，比现行国际规定值降低30%是完全可能的［7］。目前，HYDB型过电压保护装置2ms长持续时间电流冲击耐受试验在西高所已通过保守值1000A的型式试验!大大延长了老化时间和寿命。

(2)在保护前端加装脱离器:脱离装置在短路电流的作用下迅速动作，脱离该短路点，同时产生足以使与之并联的其他线路的自脱离过电压保护装置动作的过电压，将短路能量转移，实现该故障相间短路点的可靠切除。

(3)原监测仪的显示屏显示该支路的自脱离过电压保护装置处于脱离状态，也可通过485接口向中控传输，提供一个开关接点信号供其他形式报警作用。

比较项目HYDB 大能容防爆型复合式过电压装置早期过电压保护器主要功能元件采用公司自制ZnO，采用大能容的阀片，HYDB型过电压保护装置2ms长持续时间电流冲击耐受试验在西高所已通过保守值1000A的型式试验!大大延长了老化时间和寿命!普通的阀片，2ms的方波电流只要150到400A，对环境要求高短路保护在保护前端加装脱离器:脱离装置在短路电流的作用下迅速动作，脱离该短路点。材料及普通电缆外形结构体积小，外形美观，方便维护、检修。结构组合性差，容易损坏。没有加装脱离器材料采用进口的ABS材料及高性能的电力电缆采用国产的ABS显示通讯监测仪的液晶显示屏显示该支路的自脱离过电压保护装置处于脱离状态，也可通过485接口向中控传输，提供一个开关接点信号供其他形式报警作用。计数器只有液晶显示动作计数功能，无通讯及数据远传功能综合质量性能优越，供电可靠性高，维护量小，运行更经济，安全性高，防护等级高。各种性能均为普通型式，对供电要求不高的场所可运行

6 过电压保护的终极目的及措施

使用过电压保护的直接目的:是为了避免过电压给设备造成伤害。事实上，早期过电压保护器存在另一种安全隐患就是过电压保护器的自身安全，因此，HYDB型过电压保护装置是为了一个更高的最终目的:系统的安全运行!

图1 HYDB型大能容防爆型复合式过电压保护器的功能块图

过电压保护是一个系统工程，建议进一步完善保护措施。建议措施如下:建议用户充分考虑设备的使用环境，选用合适的保护器型号及通流量;从正规品牌大厂购进带有防爆型过电压产品;在使用安装时小心搬运，不得提拉高压电缆导致绝缘损伤。

7 结语

采用正规的生产厂家，提高系统的安全运行，做到性能与价格的合理，是广大供配电专业人员对新时期过电压保护器生产厂家的基本要求。HYDB型大能容防爆型复合式过电压保护装置成功地整合了传统的组合式过电压保护器功能和过电压保护元件短路故障自动脱离功能，在现场有限的空间下得以顺利安装，集过电压保护，短路故障自脱离，信号输出，动作计数，通讯连网等功能为一体，完善了过电压保护方案，真正实现了系统的安全保护目的，HYDB在风电厂运用的效果也很明显。

［1］更焕年.110～220kV电力系统中的谐振过电压事故.电力技术，1988，(3).

［2］更焕年.定相引起的铁磁谐振过电压.高电压技术，1976，(1).

［3］姜坛，王川，李延军.真空断路器操作过电压分析与限制措施.铜业工程，2006，(2)

［4］姜坛.弧光接地过电压及其限制措施.铜业工程，2006，(4).

［5］姜坛，王川.大容量快速开断装置［J］.铜业工程，2006，(3):40－44.

［6］董振亚.电力系统的过电压保护［J］.中国电力.1997.

［7］许颖.3～66kV中性点非有效接地系统无间隙氧化锌避雷器存在的问题［J］.中国电力，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

姜坛(1977－)男，安徽宣城人，硕士，从事过电压保护技术研究应用及管理工作，E－mail:jtan66@hotmail.com