中压电网过电压防护装置在天铁的应用

高志花

（天津天铁冶金集团水电厂，河北涉县056404）

1 引言

中压电网是处于高压电网与低压电网的中间环节，具有分布广、设备多、绝缘水平适中等特点，有时会受过电压而造成绝缘损坏。运行实践表明，中压电网的过电压事故约占整个电力系统过电压事故的70%～80%，严重威胁着电网安全。

天铁中压电网由于过电压故障引发事故19起，造成了巨大的经济损失，严重影响了供电的安全可靠性，中压电网的过电压防护措施是否完善到位有效就显得尤为重要。因此，天铁中压电网应用了复合氧化锌避雷器、过压保护器等新的过电压防护装置，杜绝了瓷套式避雷器爆炸后波及其余设备，危害人体安全的恶性事故的发生，有效地限制了雷电过电压和操作过电压对电气设备及同体的损害，提高了中压电网运行的安全性和可靠性。

2 过电压对中压电网的影响

过电压是指电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电磁扰动现象。中压电网的过电压可分为外部过电压和内部过电压。内部过电压通常包括操作过电压、谐振过电压两大类。间歇性电弧接地过电压是中压电网典型的操作过电压；铁磁谐振过电压和断线过电压是中压电网常见的过电压类型。

2.1 外部过电压的影响

由于中压电网的电压等级较低，外部过电压对其具有明显的、起到决定性作用的影响。雷电放电的平均峰值电流约为30 kA，一条中压线路的波阻抗约为500 Ω，所以一次雷电直击可以造成幅值为7.5 MV的冲击电压向线路的两端流动，这个电压即使在没有接地横担的木杆上也会造成闪络。雷电在中压架空线上产生的电磁感应和静电感应，使得距线路100 m处雷电流为30 kA的雷击会在线路上感应出100 kV的冲击电压。

2.2 内部过电压的影响

电力系统在实际运行过程中由于停、送电或改变运行方式等原因进行开关操作，以及电力系统中出现相与相之间的短接、在中性点接地系统中一相或多相接地、电机或变压器线圈的匝间短路故障，均会使电力系统参数发生变化，从而出现比工频电压高得多的电压。在中性点非有效接地的电网中，最大操作过电压可能达到最高运行相电压的4倍左右，谐振过电压的幅值可达2倍以上。在中性点不接地系统中，当任一相发生接地故障时，其故障电流较小，只等于系统的电容电流。同时，故障设备与地之间的故障电压也比较小，因此，系统的安全性较高。在6～35 kV中压系统，即用户系统中，由于操作频繁原因会带来操作过电压，如投切电容器组、电动机启停、线路空送、主变充电等。真空断路器的广泛使用也带来了更多的危及设备绝缘的操作过电压。

在电力系统运行过程中，当开关出现非全相动作、严重不同期、熔断器一相或两相熔丝烧断、架空线或电缆折断致使折断导线一端接地等原因，会出现非线性谐振过电压，断线谐振会导致电源中性点位移、绕组及导线出现过电压，严重时可使绝缘闪络、避雷器爆炸、电气设备损坏。在实际系统运行中，非全相运行的情况错综复杂，可能组成多种多样的串联谐振回路。而此前由于对断线谐振认知不够深刻，变压器处于空载或轻载运行情况普遍存在。

3 天铁中压电网的过电压事故分析

过电压防护全部为普通阀式避雷器，其存在着许多缺陷，现分析如下：

（1）2002年5月14日，三烧10 kV变电站1进线柜过电压保护器爆炸，造成相间短路，速断保护动作，开关跳闸，致使三烧车间停产。

（2）2004年8月10日，神黄线单相接地，造成总降站系统发生单相接地，经过两天两夜不间断查找，切断变压器后，仍接地，最后逐个解除避雷器，发现有只避雷器密封性差，进水受潮，绝缘降低，造成间歇性接地。

（3）2005年5月，空分SVC站35 kV系统电缆在隧道发生单相接地1 h之后，发展成隧道火灾，共烧毁电缆10余条，导致炼钢停产，造成了较大的经济损失。

（4）2009年5月14日，炼钢2#精炼炉35 kV开关爆炸。同时在日常运行中35 kV精炼炉PT一次保险多次因为内部过电压致使保险熔断，开关拉杆折断。

（5）2009—2010年期间，铁前新区连续3次出现单相接地，过电压造成绝缘差的电动机绕组烧毁现象。

综合上述案例，证明了普通阀式避雷器密封较差，进水后绝缘降低，易造成系统单相接地、间歇性接地，甚至两相、三相接地，发生单相接地很难查找和解除。通流能力不大，经过一次或几次大电流放电后，内部阀片和火花间隙被击穿，造成绝缘降低，极易形成接地和短路。

4 过电压防护装置应用

4.1 供电线路中过电压防护装置的应用

过去使用的普通阀式避雷器全部更换为新型安全系数较高的复合绝缘氧锌避雷器，去年雷雨季节，即使发生很强的雷击，也未发生一起因过压原因而引起的开关跳闸或设备绝缘损坏事故，保证了正常的生产生活用电，减少了线路故障，运营效果良好。

复合绝缘氧锌避雷器是将金属氧化物避雷器和复合绝缘材料的优异性集于一体，成为原瓷套避雷器更新换代产品，主要适用于电压等级0.22～220 kV的发电、输电、变电、配电系统中，具有残压低、通流容量大、响应时间短、陡坡特性平坦等一系列优异特性，还能有效地限制雷电过电压和操作过电压对电气设备的危害，以及快速过电压对同体的损害。

4.1.1 复合绝缘氧锌避雷器优点

外绝缘湿闪电压高，耐污能力强，具有良好的防爆性能。当避雷器严重过载时，由于PMOA是实心结构，没有气体急速膨胀，复合绝缘套又可以延续冲击力避免爆炸，杜绝了瓷套式避雷器爆炸后波及其余设备及危害人体安全的恶性事故的发生。其具有优异的密封性能，能顺利通过在0.1%的NaCl水溶液中煮沸24 h的试验，电阻性能不变。由于从根本上解决了密封问题，产品无需每年做预防性试验，可延长5～6年做一次。其体积小、重量轻，便于安装运输，还可兼作支持瓷瓶使用。

4.1.2 复合绝缘氧锌避雷器检修和维护

检查外观是否良好。避雷器投运前，测量直流参考电压U1mA值，其值不得小于GB—11032测量0.7UmA下漏电流，其值不得大于50 μA，记录测试条件和试验数值。该避雷器决不允许进行工频放电电压试验，无需专门维护和清扫。

4.1.3 带脱离装置的复合氧化锌避雷器

它是复合氧化锌避雷器的最新产品，脱离装置是避雷器本体所带的一种自我保护装置，通常接在避雷器下部。避雷器通过其接地，当避雷器正常工作时，脱离装置不影响工作；当避雷器自身运行的稳定性受到损坏或避雷器已经损坏时，脱离装置迅速动作，将避雷器接地线断开，从而退出运行。这样提高了电网运行的可靠性，减少了维护工作量，便于查找故障避雷器。只有带脱离装置的避雷器才是真正的免维护产品，但这种产品价格较高，在我公司部分线路上已安装投运使用，效果很好。

4.2 变、配电所过电压防护装置的应用

（1）在变电站中，PT开口三角间采用消谐器代替PT中性点串电阻或普通照明用灯泡，有效限制了过电压。增大35 kV系统接地消弧线圈容量，改变系统电感参数，效果明显，改造后未再出现35 kV精炼炉PT一次保险熔断、开关损坏现象。

（2）在中压系统内，高压电动机的绝缘最为薄弱，相同电压等级下，与其他设备的耐压值差距很大，一方面要选择质量可靠的电气设备，另一方面要采取过电压限制措施，如安装复合氧化锌避雷器，阻容吸收保护装置。

（3）站内过电压防护要选择质量过关的过压保护器，同时在选型及匹配上要合理，并定期检验、清扫。

（4）为适应天铁电力负荷迅速增长、电网规模不断增大的生产发展需要，在变电站中采用以微电子和微处理器为基础的微机自动跟踪补偿消弧消谐装置。当系统发生单相弧光接地故障时，装置可将故障电流、电压限制在一定的水平之下，从而有效避免因单相电弧接地引发的相间短路、避雷器爆炸及电缆放炮等事故。

（5）选择可靠的接地选线装置，提高小电流接地选线准确率，缩短接地时间，同时可以避免采取试拉法查找故障线路过程中有可能出现的操作过电压。

5 结束语

通过应用复合氧化锌避雷器和过压保护器等新型过电压防护系统，优化该系统运行方式，有效提高了天铁中压电网运行的安全性和可靠性，大大降低了过压事故率，为中压电网的过电压防护积累了宝贵的经验。

[1]董振亚.城市配电网中性点接地方式的发展和改进[J].中国电力，1998（8）：38-41.

[2]解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1985.

[3]符磊.供配电网络中性点电阻接地方式初探[J].电工技术，1989（1）：9-13.