10kV系統三相四柱組合式過電壓保護器運行存在的問題及處理方案

陳 軍

（湛江港（集團）股份有限公司，廣東 湛江 524000）

1 前言

金錨站（即中心站）由兩臺110/10kV主變雙電源進線供電，一備一用，110kV側雙電源可以實現并列運行，確保任一條電源在檢修或發生故障時10kV系統可靠運行。各開關站和變電所負荷類型眾多，運行工況復雜多變。隨著真空斷路器的使用，帶來操作過電壓的問題。單只氧化鋅避雷器由于絕緣配合的問題，只能保護相地，不能保護相間。三相四柱組合式過電壓保護器曾發生過擊穿短路爆炸事故。所以系統中大量使用三相四柱組合式過電壓保護器防護相間、相地過電壓,且以帶串聯間隙產品為主。

2 常見事故

三相四柱組合式過電壓保護器均由四個氧化鋅閥片單元組成“四星形”接法，閥片單元兩兩組合形成相-相、相-地保護，但這種“四星形”組合式原理給保護器人為制造出一個中性點，在系統發生單相接地故障時非故障相閥片單元很容易發生熱崩潰，由于這種“四星形”接法是兩個單元分擔運行電壓，當一只單元損壞時會導致其它單元迅速損壞，這種連鎖反應最終會導致相間短路使得事故擴大。

此“四星型”結構由于間隙的串入，對產品的制造工藝要求特別是密封要求很高，使得制造工藝變得復雜；間隙的串入使得保護水平首先決定于間隙的沖擊放電電壓，由于間隙的截斷比和分散度較大，與氧化鋅的配合有一定的難度，沖擊放電電壓高，則保護裕度小，危及設備安全，沖擊放電電壓低，則起不到保護氧化鋅閥片的目的；另間隙的串入使氧化鋅良好的非線性特性無法發揮，在間隙放電之前，氧化鋅非線性電阻起不到緩和過電壓波頭陡度和降低振蕩頻率的作用，當過電壓波頭陡度大時，將會使設備的匝間絕緣擊穿；間隙的串入使得無法實現有效的在線監測和離線檢驗。

“四星形”組合式過電壓保護器在運行過程中帶來的一系列問題，長期困擾著用戶。

系統發生事故都是小概率事件，各種暫態或瞬態過電壓造成的事故時有發生，這些事故在現場運行條件下難以重復和再現，對事故的分析只能根據事故現場的情況進行推測和判斷。

3 原因分析

目前電力系統過電壓的監測，主要集成在一些智能設備中，還沒有專門的設備對瞬態電壓進行有效的監測和記錄。傳統的過電壓監測裝置采樣信號來自于電磁式電壓傳感器，采樣頻率在10kHz以下。而雷電過電壓持續時間短，一般為100μs左右，波頭是微妙數量級。所以電磁式電壓互感器無法真實準確的監測到電力系統中出現的多種瞬態電壓。

由于缺乏精確的數據記錄，而且故障發生的全過程（故障前、故障中、故障后）真實數據是分析事故依據，沒有精確的數據難以準確地判定事故的原因，這對于事故責任的認定、防止類似事故的再次發生十分不利。

電力系統中的各種設備在運行中除了受長期工作電壓的作用外，還會受到各種比工作電壓高很多的過電壓的作用。其后果是：設備絕緣損壞，造成長時間的停電，危及人身和設備安全。按產生原理和作用機理過電壓主要分為外部過電壓和內部過電壓。

外部過電壓又稱雷擊過電壓、大氣過電壓，是指電力系統內的電氣設備及地面建筑物遭受直接雷擊或雷電感應而產生的過電壓。

內部過電壓是指電力系統中由于真空斷路器操作、故障發生及消失或其它原因，使系統發生變化，引起電網內部電磁能量轉換或傳遞所造成的電壓升高。內部過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓兩大類。操作過電壓是由于進行真空斷路器操作或故障時引起的暫態電壓升高。根據操作過電壓產生的原因，操作過電壓可分為重燃過電壓、截流過電壓、弧光接地過電壓等；暫時過電壓可分為諧振過電壓和工頻電壓升高。

在這些過電壓中，弧光接地過電壓和諧振過電壓由于持續時間長，對系統的危害最大，會造成電氣設備絕緣損傷、PT燒毀、電纜放炮、避雷器爆炸等事故。

4 建議處理方案

針對10kV系統經常發生的問題，以上做了簡要的分析。對于該系統運行中存在的諸多問題，我們給出以下幾點建議：

“四星形”組合式過電壓保護器由于原理及間隙的固有缺陷，在使用過程中經常發生故障。我們建議使用無間隙六柱結構組合式氧化鋅避雷器，相間、相地都使用整組的氧化鋅閥片單元進行相間、相地過電壓防護，六組氧化鋅閥片單元獨立運行，互不干擾。

六柱結構沒有了“四星形”人為制造的中性點，也就不存在“四星形”人為制造中性點所帶來的一系列問題，如：地相單元熱崩潰、連鎖反應等。

六柱結構采用無間隙設計，具有如下突出優點：陡波響應特性好，無截波，對保護設備無不良影響；無放電延時，響應速度為納秒量級；采用真空環氧澆注，耐污穢，可適用于高海拔地區；易于實現在線監測及預防性試驗，確保產品安全、可靠運行。

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