中壓電網過電壓防護裝置在天鐵的應用

高志花

（天津天鐵冶金集團水電廠，河北涉縣056404）

1 引言

中壓電網是處于高壓電網與低壓電網的中間環節，具有分布廣、設備多、絕緣水平適中等特點，有時會受過電壓而造成絕緣損壞。運行實踐表明，中壓電網的過電壓事故約占整個電力系統過電壓事故的70%～80%，嚴重威脅著電網安全。

天鐵中壓電網由于過電壓故障引發事故19起，造成了巨大的經濟損失，嚴重影響了供電的安全可靠性，中壓電網的過電壓防護措施是否完善到位有效就顯得尤為重要。因此，天鐵中壓電網應用了復合氧化鋅避雷器、過壓保護器等新的過電壓防護裝置，杜絕了瓷套式避雷器爆炸后波及其余設備，危害人體安全的惡性事故的發生，有效地限制了雷電過電壓和操作過電壓對電氣設備及同體的損害，提高了中壓電網運行的安全性和可靠性。

2 過電壓對中壓電網的影響

過電壓是指電力系統在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電磁擾動現象。中壓電網的過電壓可分為外部過電壓和內部過電壓。內部過電壓通常包括操作過電壓、諧振過電壓兩大類。間歇性電弧接地過電壓是中壓電網典型的操作過電壓；鐵磁諧振過電壓和斷線過電壓是中壓電網常見的過電壓類型。

2.1 外部過電壓的影響

由于中壓電網的電壓等級較低，外部過電壓對其具有明顯的、起到決定性作用的影響。雷電放電的平均峰值電流約為30 kA，一條中壓線路的波阻抗約為500 Ω，所以一次雷電直擊可以造成幅值為7.5 MV的沖擊電壓向線路的兩端流動，這個電壓即使在沒有接地橫擔的木桿上也會造成閃絡。雷電在中壓架空線上產生的電磁感應和靜電感應，使得距線路100 m處雷電流為30 kA的雷擊會在線路上感應出100 kV的沖擊電壓。

2.2 內部過電壓的影響

電力系統在實際運行過程中由于停、送電或改變運行方式等原因進行開關操作，以及電力系統中出現相與相之間的短接、在中性點接地系統中一相或多相接地、電機或變壓器線圈的匝間短路故障，均會使電力系統參數發生變化，從而出現比工頻電壓高得多的電壓。在中性點非有效接地的電網中，最大操作過電壓可能達到最高運行相電壓的4倍左右，諧振過電壓的幅值可達2倍以上。在中性點不接地系統中，當任一相發生接地故障時，其故障電流較小，只等于系統的電容電流。同時，故障設備與地之間的故障電壓也比較小，因此，系統的安全性較高。在6～35 kV中壓系統，即用戶系統中，由于操作頻繁原因會帶來操作過電壓，如投切電容器組、電動機啟停、線路空送、主變充電等。真空斷路器的廣泛使用也帶來了更多的危及設備絕緣的操作過電壓。

在電力系統運行過程中，當開關出現非全相動作、嚴重不同期、熔斷器一相或兩相熔絲燒斷、架空線或電纜折斷致使折斷導線一端接地等原因，會出現非線性諧振過電壓，斷線諧振會導致電源中性點位移、繞組及導線出現過電壓，嚴重時可使絕緣閃絡、避雷器爆炸、電氣設備損壞。在實際系統運行中，非全相運行的情況錯綜復雜，可能組成多種多樣的串聯諧振回路。而此前由于對斷線諧振認知不夠深刻，變壓器處于空載或輕載運行情況普遍存在。

3 天鐵中壓電網的過電壓事故分析

過電壓防護全部為普通閥式避雷器，其存在著許多缺陷，現分析如下：

（1）2002年5月14日，三燒10 kV變電站1進線柜過電壓保護器爆炸，造成相間短路，速斷保護動作，開關跳閘，致使三燒車間停產。

（2）2004年8月10日，神黃線單相接地，造成總降站系統發生單相接地，經過兩天兩夜不間斷查找，切斷變壓器后，仍接地，最后逐個解除避雷器，發現有只避雷器密封性差，進水受潮，絕緣降低，造成間歇性接地。

（3）2005年5月，空分SVC站35 kV系統電纜在隧道發生單相接地1 h之后，發展成隧道火災，共燒毀電纜10余條，導致煉鋼停產，造成了較大的經濟損失。

（4）2009年5月14日，煉鋼2#精煉爐35 kV開關爆炸。同時在日常運行中35 kV精煉爐PT一次保險多次因為內部過電壓致使保險熔斷，開關拉桿折斷。

（5）2009—2010年期間，鐵前新區連續3次出現單相接地，過電壓造成絕緣差的電動機繞組燒毀現象。

綜合上述案例，證明了普通閥式避雷器密封較差，進水后絕緣降低，易造成系統單相接地、間歇性接地，甚至兩相、三相接地，發生單相接地很難查找和解除。通流能力不大，經過一次或幾次大電流放電后，內部閥片和火花間隙被擊穿，造成絕緣降低，極易形成接地和短路。

4 過電壓防護裝置應用

4.1 供電線路中過電壓防護裝置的應用

過去使用的普通閥式避雷器全部更換為新型安全系數較高的復合絕緣氧鋅避雷器，去年雷雨季節，即使發生很強的雷擊，也未發生一起因過壓原因而引起的開關跳閘或設備絕緣損壞事故，保證了正常的生產生活用電，減少了線路故障，運營效果良好。

復合絕緣氧鋅避雷器是將金屬氧化物避雷器和復合絕緣材料的優異性集于一體，成為原瓷套避雷器更新換代產品，主要適用于電壓等級0.22～220 kV的發電、輸電、變電、配電系統中，具有殘壓低、通流容量大、響應時間短、陡坡特性平坦等一系列優異特性，還能有效地限制雷電過電壓和操作過電壓對電氣設備的危害，以及快速過電壓對同體的損害。

4.1.1 復合絕緣氧鋅避雷器優點

外絕緣濕閃電壓高，耐污能力強，具有良好的防爆性能。當避雷器嚴重過載時，由于PMOA是實心結構，沒有氣體急速膨脹，復合絕緣套又可以延續沖擊力避免爆炸，杜絕了瓷套式避雷器爆炸后波及其余設備及危害人體安全的惡性事故的發生。其具有優異的密封性能，能順利通過在0.1%的NaCl水溶液中煮沸24 h的試驗，電阻性能不變。由于從根本上解決了密封問題，產品無需每年做預防性試驗，可延長5～6年做一次。其體積小、重量輕，便于安裝運輸，還可兼作支持瓷瓶使用。

4.1.2 復合絕緣氧鋅避雷器檢修和維護

檢查外觀是否良好。避雷器投運前，測量直流參考電壓U1mA值，其值不得小于GB—11032測量0.7UmA下漏電流，其值不得大于50 μA，記錄測試條件和試驗數值。該避雷器決不允許進行工頻放電電壓試驗，無需專門維護和清掃。

4.1.3 帶脫離裝置的復合氧化鋅避雷器

它是復合氧化鋅避雷器的最新產品，脫離裝置是避雷器本體所帶的一種自我保護裝置，通常接在避雷器下部。避雷器通過其接地，當避雷器正常工作時，脫離裝置不影響工作；當避雷器自身運行的穩定性受到損壞或避雷器已經損壞時，脫離裝置迅速動作，將避雷器接地線斷開，從而退出運行。這樣提高了電網運行的可靠性，減少了維護工作量，便于查找故障避雷器。只有帶脫離裝置的避雷器才是真正的免維護產品，但這種產品價格較高，在我公司部分線路上已安裝投運使用，效果很好。

4.2 變、配電所過電壓防護裝置的應用

（1）在變電站中，PT開口三角間采用消諧器代替PT中性點串電阻或普通照明用燈泡，有效限制了過電壓。增大35 kV系統接地消弧線圈容量，改變系統電感參數，效果明顯，改造后未再出現35 kV精煉爐PT一次保險熔斷、開關損壞現象。

（2）在中壓系統內，高壓電動機的絕緣最為薄弱，相同電壓等級下，與其他設備的耐壓值差距很大，一方面要選擇質量可靠的電氣設備，另一方面要采取過電壓限制措施，如安裝復合氧化鋅避雷器，阻容吸收保護裝置。

（3）站內過電壓防護要選擇質量過關的過壓保護器，同時在選型及匹配上要合理，并定期檢驗、清掃。

（4）為適應天鐵電力負荷迅速增長、電網規模不斷增大的生產發展需要，在變電站中采用以微電子和微處理器為基礎的微機自動跟蹤補償消弧消諧裝置。當系統發生單相弧光接地故障時，裝置可將故障電流、電壓限制在一定的水平之下，從而有效避免因單相電弧接地引發的相間短路、避雷器爆炸及電纜放炮等事故。

（5）選擇可靠的接地選線裝置，提高小電流接地選線準確率，縮短接地時間，同時可以避免采取試拉法查找故障線路過程中有可能出現的操作過電壓。

5 結束語

通過應用復合氧化鋅避雷器和過壓保護器等新型過電壓防護系統，優化該系統運行方式，有效提高了天鐵中壓電網運行的安全性和可靠性，大大降低了過壓事故率，為中壓電網的過電壓防護積累了寶貴的經驗。

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