過電壓保護器檢測方法的研究和應用

劉 翔

大屯能源股份有限公司發電廠電氣試驗室，江蘇沛縣

隨著大屯能源股份有限公司發電廠供電系統變電站高壓供電設備的更新改造，越來越多的不同廠家的三相組合式過電壓保護器（文中簡稱過電壓保護器）運用到變電站開關柜或PT柜中，過電壓保護器以其體積小、絕緣性能好，密封性好、吸收過電壓能力、動作快、伏安特性平坦、殘壓低、性能穩定、組裝維護方便等優點正逐步取代氧化鋅避雷器。它是一種先進的避雷器部分替代品，它的作用相當于避雷器，但又與傳統的避雷器不同。但由于該產品為新型結構產品，沒有國家統一試驗標準，各廠家在試驗方法、試驗電壓的要求上各有不同，就同一廠家的產品不同的廠家技術人員會給出不同的試驗方案，有的要求做工頻放電，有的要求做泄漏，讓現場試驗人員很難操作，幾乎每一批次過電壓保護器試驗方法都各有不同。

1 現場測試匯總

如表1。

2 測試存在問題

從以上各站不同廠家的過電壓保護器技術要求及測試數據比較可以看出：

⑴ 同一電壓等級的產品各廠技術要求中工頻放電電壓值不同；

⑵ 有的有工頻放電的最小值和最大值允許電壓范圍；

⑶ 有的僅有工頻放電最小值，沒有最大值要求；

⑷ 在做工頻放電試驗時有的廠家要求在過電壓保護器底部放鐵板，有的廠家不要求放，放與不放往往測出的電壓值相差很大；

⑸ 對要求做工頻放電試驗的過電壓保護器，工頻放電試驗方法也與常規不同，不能像以往做閥式避雷器工頻放電電壓以擊穿放電電壓值反映過電壓保護器動作情況，而是以過電壓保護器間隙突然擊穿時產生的尖峰脈沖電流使電流表上的紅燈突然變亮時的電壓值作為工頻放電電壓值，但由于紅燈比較小，觀察起來不方便，試驗人員很容易疲勞，變電站內35KV開關內、6KV開關內幾乎都有過電壓保護器，數量龐大，這種測量方法只適合做少量的過電壓保護器，不適合新裝交接數量很大的情況。試驗人員常常把過電壓保護器當做避雷器，用檢查避雷器的工頻放電方法測量過電壓保護器，測出的工頻放電電壓值往往超出廠家標準要求值，如上表。

過電壓保護器的工頻放電電壓是決定被保護設備能否得到保護的依據，數據的準確與否是決定過電壓保護器能否起作用的重要判據，測量方法不可靠，就不能保證檢測質量和數據的可靠性，也就不能保護電力設備過電壓情況下的安全運行，怎樣測量的方法才是正確的？怎樣讀數才能準確？一系列的問題困擾著試驗人員。

3 過電壓保護器的結構及特性

⑴ 過電壓保護器的結構

過電壓保護器由四個帶放電間隙和氧化鋅電阻串聯的單元組成，采用對稱結構，如圖1所示，圖1中FR為氧化鋅非線性電阻，CG為放電間隙。

⑵ 過電壓保護器主要特性：

① 采用氧化鋅非線性電阻和放電間隙相串聯的結構，使兩者互為保護。放電間隙使氧化鋅電阻的荷電率為零，氧化鋅的非線性特性又使放電間隙動作后立即熄弧，無續流，放電間隙不再承擔滅弧任務，產品的動作壽命可達到萬次以上。

圖1

② 在各種電壓波形下放電電壓值均相等，不受各種過電壓波形的影響，在系統發生間歇性弧光接地過電壓及鐵磁諧振過電壓時，其能量小于400A/2ms方波沖擊能量時可以起到保護作用。

表1 35KV變電站不同廠家過電壓保護器技術要求及實際測量值

③ 放電瞬時值與動作后的殘壓相近，無截波，更有利于保護設備的匝間絕緣。

④ 采用四星形接法，可使相間過電壓大大降低，與常規避雷器相比，相間過電壓降低了60%～70%，保護的可靠性大為提高。

⑤ 過電壓保護器即可以相對地保護也可以三相相間保護，避雷器只能是單相相對地保護。

4 過電壓保護器測試方法

了解過電壓保護器結構及特性，可靠實現它的保護性能，首先掌握正確測量方法，試驗接線如圖2。

⑴ 按圖2接線，測試前應首先將電流繼電器LJ的整定值調至最小值，將數字電流表A2的量程調至10A～20A（5KVA及以下容量試驗變壓器可不加限流電阻R）。

⑵ 試驗電壓分別加在被測試品的相對地電壓：A和D、B和D、C和D；相間電壓：A和C、B和C及A和B，操作箱緩慢升高電壓，同時觀察電壓表及數字電流表A2，間隙未擊穿放電時，數字電流表A2的讀數為零或數值很小。當試驗變壓器的輸出電壓達到過電壓保護器動作值時，過電壓保護器間隙被擊穿放電，數字電流表A2的讀數將突增，電流表A1同樣也會有突變現象產生，此時試驗變壓器的高壓輸出電壓值即為過電壓保護器的工頻放電值。在實際測量中我們觀察A2電流表與A1電流表同步動作，后將A2表去除。

⑶ 在做過電壓保護器工頻放電時應均勻升壓，放電時間控制在3s～7s。當觀察到電流表有明顯的增大時，要立即將調壓器回零，并切斷電源，切忌在放電后繼續升高電壓，以免損壞保護器；

⑷ 在試驗時如果發現其工頻放電電壓值超出廠家規定值90%～120%時，請仔細檢查接線是否正確，表計是否接觸良好，如經檢查測試數據無誤，確已超出允許范圍時，過電壓保護器不合格。

5 過電壓保護器問題處理

⑴ 從過電壓保護器的主要特性得知，過電壓保護器對于相間和相地過電壓都能起到有效的保護作用。為了實現這個保護功能需相間電壓大于相對地電壓，我們把供電網絡所有變、配電站內過電壓保護器試驗報告都重新整理審查一遍，核查相間電壓是不是大于相對地電壓，發現拓特廠35KV過電壓保護器N351、N324、N341、N31柜相對地電壓大于相間電壓，拓特廠6KV過電壓保護器中一柜、中七柜、中九柜、N651柜相對地電壓大于相間電壓，對該類已經投運的過電壓保護器進行更換；

圖2

⑵ 對按某些廠要求只測相對地電壓的過電壓保護器，我們增加了相間電壓的測量，對測量相對地電壓大于相間電壓的過電壓保護器進行更換；

⑶ 對沒有上限要求的過電壓保護器，從實測電壓值小于殘壓來把控，大于殘壓值的保護器拒絕使用；

⑷ 工頻放電試驗時將過電壓保護器放置在接地的金屬板上進行，金屬板面積不小于過電壓保護器底部面積大小；

⑸ 對串聯間隙組合式過電壓保護器只進行工頻放電試驗，試驗接線及方法如上；

⑹ 對無間隙過電壓保護器不能測量工頻放電，只測量直流電壓及泄漏電流，在過電壓保護器兩兩端子間施加直流電壓，當流過保護器的電流穩定于1mA后讀取此時保護器兩端端子間的電壓數值，此電壓值要求在出廠值的±5%范圍內，再讀取75%直流U1mA參考電壓值（KV）及75% V1mA泄漏電流（uA），此時流過過電壓保護器的泄漏電流值不得大于50uA；

⑺ 工頻放電電壓值以工頻放電允許電壓范圍為準。

6 結語

過電壓保護器安裝于變電站的每一臺真空開關柜內，數量多，各廠的試驗要求不規范，產品試驗一直是試驗中的最薄弱環節，也是供電網絡安全的薄弱環節，通過以上一個個測試技術問題的解決，試驗方法、技術的應用，使過電壓保護器測量安全可靠，使被保護電力設備安全性能提高，通過新測試技術的應用，消除了因電網過電壓而造成的停電事故及設備損壞事故。

[1]李學思.三相組合式過電壓保護器[J].電瓷避雷器，1989，(1)：1-3

[2]郭思君.組合式過電壓保護器技術性能分析[J].工礦自動化，2004，(1)：44-46

[3]梁云霞，刁洪波，孫偉.真空斷路器的過電壓保護[J].電氣開關，2005，(1)：23-25