組合式過電壓保護器在電力系統中的應用

摘 要:本文通過分析無間隙及有間隙的組合式過電壓保護器的結構和特點，總結其優缺點，指出帶間隙的過電壓保護器的性能優于無間隙的過電壓保護器，對其應用提出參考意見。

關鍵詞:過電壓 避雷器 氧化鋅 間隙

中圖分類號:TM862 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0041-01

組合式過電壓保護器是一種新型過電壓保護裝置，主要應用于35kV及以下電力系統中，廣泛適用于電力、冶金、化工、輕工等行業。用以限制雷電過電壓、真空斷路器操作過電壓以及電力系統中可能出現的各種暫態過電壓，可有效地保護電動機、變壓器、開關、電容器、電纜、母線等電力設備的絕緣不受損害，對相間和相地的過電壓均能起到可靠的限制作用。

1 常用的組合式過電壓保護器

(1)無間隙氧化鋅避雷器。無間隙氧化鋅避雷器與傳統的碳化硅避雷器相比，在保護特性、通斷能力和抗污穢等方面均有優異的特性，其ZnO電阻片的非線性極其優異，使其在正常工作下接近絕緣狀態，在過電壓狀態下瞬間導通泄放電流，從而保護設備的安全。但它保護殘壓較高，無法滿足在操作過電壓下頻繁動作的要求，存在工頻老化和承受荷電率和熱穩定條件的限制。

(2)帶串聯間隙氧化鋅避雷器。帶串聯間隙氧化鋅避雷器增加了串聯間隙，殘壓可以做的很低，如果火花間隙的放電電壓也很低，則可使避雷器既有很低的雷電過電壓和操作過電壓保護水平又不致因為泄漏電流阻性分量大以及由此帶來的劣化現象和功率損耗問題。有串聯間隙的MOA與無間隙MOA相比，具有較高的耐受系統暫時過電壓能力，可在系統發生接地故障時保證自身安全，而且具有較低的雷電沖擊放電電壓和殘壓水平，可以為絕緣水平比較弱的設備提供良好的保護。

2 帶串聯間隙的組合式過電壓保護器結構和特點

帶串聯間隙的氧化鋅避雷器由特殊間隙體和氧化鋅閥片(ZnO)組成，間隙結構主要有四間隙、三間隙、菱形間隙、六間隙等。

(1)四間隙星形接法組合式過電壓保護器。四間隙過電壓保護器結構原理見圖(a)，由“A、B、C、D”四個完全相同的保護單元組成，每個單元都由放電間隙和ZnO電阻閥片構成。在該保護器中采用ZnO電阻閥片和放電間隙相結合，使兩者互為保護。放電間隙使ZnO電阻閥片的荷電率為零，ZnO電阻閥片的優異的非線性又使放電間隙動作后立即熄弧、無截流、無續流，放電間隙不再承擔滅弧任務，使用壽命得到提高。在單相接地、間隙性弧光接地和諧振過電壓下可長期安全運行。其缺點是正常運行時M點的電位為零電位點，在接地相中串聯放電間隙，會增加系統對地的雜散電容和間隙放電分散度，使工頻電壓分布不均，導致試驗和安裝困難。

如圖1所示。

(A、B、C-三相電源，J1、J2、J3、J4、J5、J6-保護間隙，M-四個保護單元的公共點，RV1、RV2、RV3、RV4-保護單元中的氧化鋅閥片，G-接地點)

(2)三間隙星形接法組合式過電壓保護器。三間隙過電壓保護器結構原理見圖(b)，由“A、B、C、D”四個保護單元組成其中“A、B、C”三個保護單元由放電間隙串聯ZnO電阻閥片組成，D保護單元由ZnO電阻閥片組成。其取消了接地保護單元間隙，相地保護采用單間隙，接地保護單元由純電阻性材料組成，在中心點受寄生電容和雜散電容等外界因素影響相對小。其相相過電壓由相間保護單元和接地保護單元共同完成，相相過電壓也是由兩個間隙來承擔。通過接地保護單元的調整可以使相相、相地工頻放電電壓值相同。缺點是相間工頻放電是兩個放電間隙的疊加，間隙放電分散度仍較大。

(3)菱形間隙組合式過電壓保護器。菱形間隙過電壓保護器結構原理見圖(c)，由一個菱形組合間隙“J1”和四個保護單元“A、B、C、D”組成。其不同點在于采用四個放電間隙組成一個正菱形間隙結構，電極兩兩間距相等使相地與相間工頻放電值相同，將帶串聯間隙的三相組合式過電壓保護器放電間隙的數量減少到1個，從而降低了分布電容和雜散電容對放電數值的影響，相間過電壓和相地過電壓過程均由一個間隙完成。ZnO電阻閥片的密封受潮和防爆問題得以解決。缺點是四個放電電極聯動間隙難以調到合適間距，工藝上難保證間隙放電值的準確性。

(4)六間隙組合式過電壓保護器。六間隙過電壓保護器結構原理見圖(d)，由“J1、J2、J3、J4、J5、J6”六個間隙和“A、B、C、D”四個保護單元組成。相間和相地保護都只有一個間隙，相間過電壓和相地過電壓過程均由一個間隙和兩個ZnO電阻閥片完成。解決了放電回路中兩間隙疊加、保護分散度大、保護性能不穩定的問題。其缺點是安裝困難，體積大，成本高。

3 組合式過電壓保護器的選用

在選用組合式過電壓保護器時，首先要了解被選產品結構特點、ZnO電阻閥片和間隙的產品質量、整體的絕緣性能和密封性能，同時必須了解其各性能指標全部符合ZBK49005-90《交流有串聯間隙金屬氧化物避雷器》的規定，滿足DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》標準的要求。

4 結語

(1)在3～35kV電力系統中，宜優先選用帶串聯間隙的組合式過電壓保護器。

(2)帶串聯間隙的組合式過電壓保護器采用復合絕緣結構，相間殘壓水平較低，對相間和相地都有較好的過電壓保護作用，是電力系統較理想的過電壓保護裝置。

(3)菱形間隙及六間隙組合式過電壓保護器有良好的過電壓保護性能，但其可靠程度和安裝工藝有待進一步完善。

參考文獻

[1]李學思.三相組合式過電壓保護器[J].高電壓技術.2003，3.

[2]ZBK49005-90交流有串聯間隙金屬氧化物避雷器[M].1996.

[3]DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[M].1997.

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