过电压保护器检测方法的研究和应用

刘 翔

大屯能源股份有限公司发电厂电气试验室，江苏沛县

随着大屯能源股份有限公司发电厂供电系统变电站高压供电设备的更新改造，越来越多的不同厂家的三相组合式过电压保护器（文中简称过电压保护器）运用到变电站开关柜或PT柜中，过电压保护器以其体积小、绝缘性能好，密封性好、吸收过电压能力、动作快、伏安特性平坦、残压低、性能稳定、组装维护方便等优点正逐步取代氧化锌避雷器。它是一种先进的避雷器部分替代品，它的作用相当于避雷器，但又与传统的避雷器不同。但由于该产品为新型结构产品，没有国家统一试验标准，各厂家在试验方法、试验电压的要求上各有不同，就同一厂家的产品不同的厂家技术人员会给出不同的试验方案，有的要求做工频放电，有的要求做泄漏，让现场试验人员很难操作，几乎每一批次过电压保护器试验方法都各有不同。

1 现场测试汇总

如表1。

2 测试存在问题

从以上各站不同厂家的过电压保护器技术要求及测试数据比较可以看出：

⑴ 同一电压等级的产品各厂技术要求中工频放电电压值不同；

⑵ 有的有工频放电的最小值和最大值允许电压范围；

⑶ 有的仅有工频放电最小值，没有最大值要求；

⑷ 在做工频放电试验时有的厂家要求在过电压保护器底部放铁板，有的厂家不要求放，放与不放往往测出的电压值相差很大；

⑸ 对要求做工频放电试验的过电压保护器，工频放电试验方法也与常规不同，不能像以往做阀式避雷器工频放电电压以击穿放电电压值反映过电压保护器动作情况，而是以过电压保护器间隙突然击穿时产生的尖峰脉冲电流使电流表上的红灯突然变亮时的电压值作为工频放电电压值，但由于红灯比较小，观察起来不方便，试验人员很容易疲劳，变电站内35KV开关内、6KV开关内几乎都有过电压保护器，数量庞大，这种测量方法只适合做少量的过电压保护器，不适合新装交接数量很大的情况。试验人员常常把过电压保护器当做避雷器，用检查避雷器的工频放电方法测量过电压保护器，测出的工频放电电压值往往超出厂家标准要求值，如上表。

过电压保护器的工频放电电压是决定被保护设备能否得到保护的依据，数据的准确与否是决定过电压保护器能否起作用的重要判据，测量方法不可靠，就不能保证检测质量和数据的可靠性，也就不能保护电力设备过电压情况下的安全运行，怎样测量的方法才是正确的？怎样读数才能准确？一系列的问题困扰着试验人员。

3 过电压保护器的结构及特性

⑴ 过电压保护器的结构

过电压保护器由四个带放电间隙和氧化锌电阻串联的单元组成，采用对称结构，如图1所示，图1中FR为氧化锌非线性电阻，CG为放电间隙。

⑵ 过电压保护器主要特性：

① 采用氧化锌非线性电阻和放电间隙相串联的结构，使两者互为保护。放电间隙使氧化锌电阻的荷电率为零，氧化锌的非线性特性又使放电间隙动作后立即熄弧，无续流，放电间隙不再承担灭弧任务，产品的动作寿命可达到万次以上。

图1

② 在各种电压波形下放电电压值均相等，不受各种过电压波形的影响，在系统发生间歇性弧光接地过电压及铁磁谐振过电压时，其能量小于400A/2ms方波冲击能量时可以起到保护作用。

表1 35KV变电站不同厂家过电压保护器技术要求及实际测量值

③ 放电瞬时值与动作后的残压相近，无截波，更有利于保护设备的匝间绝缘。

④ 采用四星形接法，可使相间过电压大大降低，与常规避雷器相比，相间过电压降低了60%～70%，保护的可靠性大为提高。

⑤ 过电压保护器即可以相对地保护也可以三相相间保护，避雷器只能是单相相对地保护。

4 过电压保护器测试方法

了解过电压保护器结构及特性，可靠实现它的保护性能，首先掌握正确测量方法，试验接线如图2。

⑴ 按图2接线，测试前应首先将电流继电器LJ的整定值调至最小值，将数字电流表A2的量程调至10A～20A（5KVA及以下容量试验变压器可不加限流电阻R）。

⑵ 试验电压分别加在被测试品的相对地电压：A和D、B和D、C和D；相间电压：A和C、B和C及A和B，操作箱缓慢升高电压，同时观察电压表及数字电流表A2，间隙未击穿放电时，数字电流表A2的读数为零或数值很小。当试验变压器的输出电压达到过电压保护器动作值时，过电压保护器间隙被击穿放电，数字电流表A2的读数将突增，电流表A1同样也会有突变现象产生，此时试验变压器的高压输出电压值即为过电压保护器的工频放电值。在实际测量中我们观察A2电流表与A1电流表同步动作，后将A2表去除。

⑶ 在做过电压保护器工频放电时应均匀升压，放电时间控制在3s～7s。当观察到电流表有明显的增大时，要立即将调压器回零，并切断电源，切忌在放电后继续升高电压，以免损坏保护器；

⑷ 在试验时如果发现其工频放电电压值超出厂家规定值90%～120%时，请仔细检查接线是否正确，表计是否接触良好，如经检查测试数据无误，确已超出允许范围时，过电压保护器不合格。

5 过电压保护器问题处理

⑴ 从过电压保护器的主要特性得知，过电压保护器对于相间和相地过电压都能起到有效的保护作用。为了实现这个保护功能需相间电压大于相对地电压，我们把供电网络所有变、配电站内过电压保护器试验报告都重新整理审查一遍，核查相间电压是不是大于相对地电压，发现拓特厂35KV过电压保护器N351、N324、N341、N31柜相对地电压大于相间电压，拓特厂6KV过电压保护器中一柜、中七柜、中九柜、N651柜相对地电压大于相间电压，对该类已经投运的过电压保护器进行更换；

图2

⑵ 对按某些厂要求只测相对地电压的过电压保护器，我们增加了相间电压的测量，对测量相对地电压大于相间电压的过电压保护器进行更换；

⑶ 对没有上限要求的过电压保护器，从实测电压值小于残压来把控，大于残压值的保护器拒绝使用；

⑷ 工频放电试验时将过电压保护器放置在接地的金属板上进行，金属板面积不小于过电压保护器底部面积大小；

⑸ 对串联间隙组合式过电压保护器只进行工频放电试验，试验接线及方法如上；

⑹ 对无间隙过电压保护器不能测量工频放电，只测量直流电压及泄漏电流，在过电压保护器两两端子间施加直流电压，当流过保护器的电流稳定于1mA后读取此时保护器两端端子间的电压数值，此电压值要求在出厂值的±5%范围内，再读取75%直流U1mA参考电压值（KV）及75% V1mA泄漏电流（uA），此时流过过电压保护器的泄漏电流值不得大于50uA；

⑺ 工频放电电压值以工频放电允许电压范围为准。

6 结语

过电压保护器安装于变电站的每一台真空开关柜内，数量多，各厂的试验要求不规范，产品试验一直是试验中的最薄弱环节，也是供电网络安全的薄弱环节，通过以上一个个测试技术问题的解决，试验方法、技术的应用，使过电压保护器测量安全可靠，使被保护电力设备安全性能提高，通过新测试技术的应用，消除了因电网过电压而造成的停电事故及设备损坏事故。

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