组合式过电压保护器存在的问题及改进措施

穆旭峰

（吕梁柳林经济建设投资开发有限公司，山西 柳林 033300）

目前，3～35KV的电力系统使用的过电压保护产品仍然主要是金属氧化物避雷器和四星型组合式过电压保护器。避雷器仅能限制电气设备的相地之间的过电压，不能实现相间的保护，不利于电气设备的相间绝缘保护。四星型组合式过电压保护器因其具备限制相间、相地过电压的特点，而被广大用户推崇，已广泛应用于电力系统，但是几乎各生产厂家的过电压保护器都发生过爆炸事故，这就要求各厂家必须进行技术升级，生产新型产品，以降低事故率，否则会限制组合式过电压保护器的推广应用。［1］

1 传统组合式过电压保护器存在的问题

总结近20年来组合式过电压保护器的大量应用案例，导致其损坏甚至爆炸的主要原因有以下几个方面：

1）由四个保护单元组成的 “四星形”结构，因为中性点的存在，主要是单相接地故障时由于不对称形成的 “分压效应”，可能导致某一保护单元先击穿，继而其他保护单元连锁击穿，从而引发事故，如图1所示；2）密封不良、潮气侵入导致过电压保护器内部绝缘受潮而放电，加速ZnO阀片老化；3）结构设计不合理、装配不良或运行及动作后受电磁力影响导致放电间隙移位，放电中将电极灼伤；4）ZnO阀片质量差，老化特性不好，阀片均一性差，会导致阀片加速老化发生热崩溃；5）ZnO阀片通流量小更易导致热崩溃。

另外，组合式过电压保护器的放电间隙不再承担灭弧任务的设计理念，使得过电压保护器动作时的电弧极易造成电极灼伤；间隙的引入同时也增加了制造工艺的复杂性，给密封带来难度；对于放电间隙的缺陷无法实现有效的在线监测和离线检验；由于有间隙的存在，不适合做直流泄漏电流试验，只能做绝缘电阻与工频放电试验，而ZnO阀片必须做泄漏电流试验才能判断其是否老化。

组合式过电压保护器由于容量的制约，主要针对的是过电压能量较小的操作过电压和雷电过电压进行保护，而电力系统的谐振过电压能量比操作过电压和雷电过电压大得多，可达百倍乃至千倍以上，虽然发生概率较低，但该过电压能量足以使过电压保护器发生热击穿诱发事故。［2］

2 新型组合式过电压保护器的改进措施

针对组合式过电压保护器使用中存在的问题，各厂家近些年对自己的产品均进行了技术改进，经本人市场调研总结，其新型产品一般要采取以下所述的至少两项措施：

1）解决密封与压力释放问题，以达到防爆或降低爆炸造成的损失。典型措施一，ZnO阀片组和硅橡胶外套一次模压成型，具有绝缘性能好、密封性强、耐振动、耐污、耐老化、憎水等优点；措施二，将放电间隙置于泄压通道内并用环氧树脂 （或其他绝缘合成树脂）浇封于装置底盒内，装置底盒设泄压装置，从而减轻了爆炸时的损失。

2）随着ZnO元件近年来制造工艺、性能的提升，采用性能优异的高能ZnO电阻，通流容量大，从而在一定程度上解决了因系统过电压能量过大而造成的热崩溃事故，对于电力系统中易产生较长持续时间的过电压，而被保护设备的绝缘又相对薄弱的场所也能在一定程度上适用。

3）通过在各相极柱内置 “自动脱离器”将发生热击穿的过电压保护器及时从电力系统退出运行，以避免事故的扩大。若直接使用过电压保护器而不串联脱离器，以现有的技术均无法彻底避免在超出其能量耐受极限条件下可能发生的短路爆炸事故。

4）采用六只完整的无串联间隙的ZnO阀片保护单元组成 “星-三角”结构，这种新的组合方式完全保持了无间隙金属氧化物避雷器的优异特性，阀片保护单元通过环氧树脂真空浇注工艺密封于底盒内，又解决了产品的密封和绝缘问题，安装尺寸与 “四星形”结构完全一样。这种结构无中性点电位偏移问题的存在，避免了电力系统发生单相接地故障时 “四星形”结构的过电压保护器容易发生热崩溃的隐患，如图1所示。

例如，市场上 “ONESKY”品牌的BSTG系列大能容组合式过电压保护器，就是采取了上述1）、2）两项措施的带串联间隙的 “四星形”结构产品；而EAT系列六柱全相双安全保护器，是采取了上述2）、4）两项措施的无串联间隙的 “星-三角”结构产品。“SHK”品牌的SHK-BOD系列自脱离、免维护、大容量组合式过电压保护器，采取了上述（2）、3）两项措施及与第1）项类似的措施，也是带串联间隙的 “四星形”结构产品。［3］以上举例均为现在市场销售的代表性产品，用户可根据过电压保护器应用场合的重要程度、各自的优缺点、价格等因素，综合考虑选择适合自己的产品。

3 结语

目前市场上的主流产品为带间隙的组合式过电压保护器，事故率高、保护效果差，不是发展方向，急需更新换代。当初给过电压保护器引入放电间隙是为了延缓ZnO元件的老化，未来随着ZnO元件的性能提升，无间隙过电压保护器将大量重返市场，特别是星-三角结构的无串联间隙组合式过电压保护器也将更加经久耐用。“自动脱离器”技术目前仅能解决过电压保护器热击穿后的大电流开断，从而避免二次事故的发生，未能解决小工频故障电流下的自动脱离问题，未来故障脱离技术也必将大量应用于过电压保护器，以保障电力系统的安全运行。