钢铁企业组合式避雷器的选用分析

李琦

【摘 要】目前我国已广泛采用真空断路器作为电力系统开合电流操作的主要电力设备，由于真空断路器的开断时间短、触头开距小等特点，在开断电流过程中，也造成了过电压现象频繁出现的情况，严重威胁了电力系统的安全稳定运行。本文分析了过电压的种类、特点，以及目前采用的避雷器的种类、特点。

【关键词】真空断路器；过电压；避雷器

0.引言

过电压是电力系统安全运行最大杀手，是危害电力系统安全稳定运行的一个主要因素，过电压会引起电力系统故障及事故。由于目前真空断路器的广泛应用，在真空断路器频繁动作的过程中，由于其触头开距小，灭弧能力强，其灭弧特性极易产生过电压，所以由于真空断路器频繁操作产生的过电压造成的事故已屡见不鲜。

电力系统过电压主要分为外部过电压和内部过电压，其中雷电（大气）过电压属于外部过电压，内部过电压分为工频过电压、操作过电压、谐振过电压、断线谐振过电压、PT饱和过电压、单相弧光接地过电压等。

1.电力系统过电压的种类及其特点

1.1雷电（大气）过电压

雷电（大气）过电压是指由直击雷引起的对电气设备绝缘产生危害的过电压，可能在极短的时间内对电气设备造成极大的冲击。

雷电（大气）过电压产生的危害性是相当大的。对电力系统而言，当电力系统遭受雷击时，极易造成输电线路或建筑物、电气设备的损坏，对电力系统的安全稳定运行威胁很大，一旦造成事故，都将使电力系统长时间停电甚至电网瘫痪，给生产和生活带来不便，造成巨大的经济损失。

1.2操作过电压

电力系统改变设备的运行状态、系统运行方式以及事故处理均是通过倒闸操作实现的，而其本质是通过跳合开关（断路器）来达到目的。倒闸操作可能会产生三种过电压，分别是截流过电压、多次重燃过电压和三相同时开断过电压，在断路器开断电流的过程中，一旦产生上述的过电压，则会对电气设备损害造成较大的损害。

1.2.1截流过电压

真空断路器在开断小电流时，交流电弧的电流会在过零点前熄灭，但由于电流被突然切断，对于电感设备而言，电感电流不能突变，所以其内部绕组中必然存在有残留的电磁能量，这些能量就会向绕组的杂散电容充电，转化成电场能量，对于电感设备而言（如电机和变压器），当设备空载或容量比较小的时候，则此设备相当于一个大的电感，并且回路的电容量比较小，从理论上讲真空断路器就会产生一个很高并且非常危险的过电压。

1.2.2多次重燃过电压

真空断路器在开断电流时，由于相位差的原因，三相不可能在同时开断，其中必然会有一相触头在电弧电流过零时先切断电流，由于触头的两侧都有电压存在，而且现在广泛使用的真空断路器其触头之间在开断电流时开距一般都较小，如果触头在开断电流时，触头间的开距不够大，触头间耐压不充分的情况下，触头两侧的电压在相互叠加后就可能使得弧隙之间出现击穿，在恢复电压的作用下就会发生重燃，而断路器的恢复电压也会升高。如果在极短的时间内，断路器的触头开距还不够大，又会产生新的振荡，再次击穿触头间隙，很可能会发生第二次重燃，再熄弧、再重燃以致发生多次重燃现象，最终导致多次重燃过电压出现，对电气设备的绝缘带来破坏，严重时就会损坏整个设备。

1.2.3三相同时开断过电压

在三相交流电路中，三相触头开断电流的时间是不一致的，存在着一定的时间差。如果断路器首开断相开断相弧隙产生重燃时，三相之间通过相间的耦合，形成三相电流同时过零点，致使未开断相随之被切断，强迫其它两相电弧被强制截断出现较高的过电压。

2.避雷器产品的发展

过电压一旦发生，不仅造成事故且加速系统绝缘累积老化，造成电气设备损坏，而且直接引发绝缘击穿发生故障，对电力系统安全运行造成严重危害，造成大面积停电事故，因此采取措施来限制过电压造成的破坏是极为必要的。

避雷器是一种能够释放雷电（大气）过电压和电力系统操作过电压能量，用来保护电力设备免受瞬时过电压危害的电器装置。目前我国所使用的避雷器产品，主要由具备相间及相地间保护功能的金属氧化物避雷器（MOA）逐渐代替传统的普阀SiC避雷器和磁吹SiC避雷器。

2.1传统避雷器

90年代以前，由于技术条件的原因，少油断路器等作为电力系统中广泛采用的开断装置，必须通过人力手动拉合闸，其开断速度较目前的真空断路器而言，速度较慢，操作过电压发生的几率较小，对设备的造成破坏的主要因素是外部过电压，即雷电侵入波过电压，所以多采用可防止雷电过电压即相对地过电压而设计的SiC避雷器和氧化性避雷器作为主要的防护措施。

2.2氧化锌避雷器

氧化锌避雷器具有良好的非线性特性，即在正常工作电压时，氧化锌阀片呈现出高阻状态，所以流过避雷器的电流只有毫安级大小，它的电容性及阻尼性可以缓和过电压的波头陡度并减缓振荡频率；当在过电压发生时，氧化锌电阻阻值急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果，它能同时保护相间和相对地过电压，对操作过电压和雷电过电压都能起到较好的保护作用。

2.2.1无间隙组合式氧化锌避雷器

无间隙型避雷器的保护特性比较平稳，在过电压发生的时候能很好的祈祷保护作用，但是由于无间隙型避雷器没有串联间隙，所以在正常运行时，有一个很小的电流会流过避雷器，所有在长时间运行情况下可能存在发热导致的设备老化现象和残压过高现象，容易使避雷器过高的残压与被保护设备特别是电机的绝缘水平配合不当。因此避雷器保护高压电机对地绝缘比较勉强，对相间绝缘相对较弱的旋转电机来说不能有效配合，起不到保护作用。

2.2.2串联间隙组合式氧化锌避雷器

通过间隙来隔离电网电压，降低避雷器中氧化锌阀片的荷电率，从而降低保护器动作值，而且避雷器的间隙也不会放电，阀片没有电流流过，也就不会象无间隙型氧化锌避雷器那样因长期间通流而导致发热、老化甚至损坏，延长了避雷器的使用寿命，减少了事故发生。由于在接地相中串联放电间隙，会增加系统的接地杂散电容，同时增加了放点的分散度，使工频电压分布不均匀，造成试验和安装上的难度。而且从大量的实际应用来看，串联间隙型避雷器由于串联间隙的绝缘隔断作用，在发生过电压的时候，其动作特性不如无间隙型避雷器，有可能会发生起不到保护的作用。

3.结语

综上所述，氧化锌避雷器具有动作快、伏安特性平坦、残压低、通流容量大、性能稳定、寿命长、结构简单等优点，已经成为了最为广泛使用的过电压保护设备。

在笔者以前所在的钢铁公司，曾发生过多次高压开关柜内过电压保护装置爆炸事故，给公司正常生产和设备运行造成较大影响。在经过相关技术人员、制造厂家进行讨论、研究，并走访了电业局、兄弟单位进行学习交流，并结合公司电力系统运行实际情况分析后，决定不再选用分散性大、稳定性较差的有间隙金属氧化物避雷器（含组合式），而统一采用了性能良好的无间隙金属氧化物避雷器，在经过一段时间的运行观察后，过电压事故发生率较以往大大降低，保障了电气设备的安全稳定运行。 [科]

【参考文献】

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[3]宋玉秋，刘艳霞，刘文军.真空开关操作过电压吸收装置的研究.机床与液压，2009，8.