氧化鋅避雷器的選型方法

從我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合避雷器選型的歷史回顧和新版本的避雷器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提出了使電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的并聯(lián)電容器裝置用氧化鋅避雷器的選型方法，對(duì)變電站中并聯(lián)電容器裝置的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

氧化鋅避雷器；額定電壓；持續(xù)運(yùn)行電壓；并聯(lián)電容器裝置

1、以往只考慮操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓水平的避雷器選型及弊端

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，系統(tǒng)供電端電壓應(yīng)略高于系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓（或額定電壓）Un的K倍，即K＝Um／Un（Um是系統(tǒng)最 高電壓）。電氣設(shè)備的絕緣應(yīng)能在Un下長(zhǎng)期運(yùn)行。220kV及以下系統(tǒng)的K為1．15，330kV及以下系統(tǒng)的K＝1．1。避雷器設(shè)計(jì)的初期也遵守上述原則。

氧化鋅避雷器之前是SiC避雷器。10kV及以下SiC避雷器的滅弧電壓設(shè)計(jì)是定在系統(tǒng)最 高運(yùn)行電壓的1．1倍；35kVSiC避雷器的滅弧電壓等于系統(tǒng)最 高電壓；110kV及以上SiC避雷器的滅弧電壓為系統(tǒng)最 高電壓的80％。對(duì)應(yīng)以上的倍數(shù)分別有110％避雷器、100％避雷器和80％避雷器。 

我國(guó)使用氧化鋅避雷器初期，其額定電壓是以SiC避雷器的滅弧電壓為參考作設(shè)計(jì)的。早期的6kV、10kV和35kV避雷器均遵守上述原則，如：Y5WR－7．6／26、Y5WR－12．7／45、Y5WR－41／130。而最 大長(zhǎng)期工頻工作電壓為系統(tǒng)最 高相電壓.

2、保證在單相接地過(guò)電壓下運(yùn)行且電力系統(tǒng)安全情況下的避雷器選型及必要性

從安全運(yùn)行角度，避雷器的額定電壓的選擇還應(yīng)遵守如下原則：

①氧化鋅避雷器的額定電壓，應(yīng)該使它高于其在安裝處可能出現(xiàn)的工頻暫態(tài)電壓。在110kV及以上的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中是可以按上述方法選擇的。

②在110kV及以下的中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，電力部門(mén)規(guī)程規(guī)定在單相接地情況下允許運(yùn)行2h，有時(shí)甚至在斷續(xù)地產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓情況下運(yùn)行2h以上才能發(fā)現(xiàn)故障，這類(lèi)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)氧化鋅避雷器在額定電壓下安全運(yùn)行10s構(gòu)成嚴(yán)重威脅。且氧化鋅避雷器與SiC避雷器結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)不同（后者是有間隙滅弧，前者沒(méi)有間隙或者只有隔流間隙），使得實(shí)踐中氧化鋅避雷器出現(xiàn)熱崩潰甚至嚴(yán)重的爆炸事故。面對(duì)這種情況，許多供電局、電力設(shè)計(jì)院根據(jù)各地的電網(wǎng)條件提出了許多類(lèi)型的額定電壓值（如14．4kV，14．7kV等）。而在多次國(guó)標(biāo)討論稿中動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中耐受10s的額定電壓規(guī)定提高至1．2～1．3倍，使氧化鋅避雷器對(duì)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)工況的適應(yīng)能力有所提高。

而由于氧化鋅避雷器的額定電壓選擇過(guò)低，使避雷器在單相接地過(guò)電壓甚至許多暫態(tài)過(guò)電壓下工作出現(xiàn)安全事故。電力部安全監(jiān)察及生產(chǎn)協(xié)調(diào)司早在1993年10月30日第十七期安全情況通報(bào)上就對(duì)避雷器提出修改意見(jiàn)。文中要求對(duì)新裝設(shè)的3～66kV電壓等級(jí)無(wú)間隙氧化鋅避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓（UC）和額定電壓（Ur）按表1所列值選擇，而同時(shí)保護(hù)性能不能降低。（括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)適用于發(fā)電機(jī)和變壓器中性點(diǎn)氧化鋅避雷器，Um為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓的1.05-1.10倍）

而在通報(bào)發(fā)布與新標(biāo)準(zhǔn)修訂的過(guò)渡階段，對(duì)中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)的氧化鋅避雷器額定電壓、持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇提出了如下設(shè)計(jì)規(guī)則：

額定電壓在參考SiC避雷器滅弧電壓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上乘以1.2-1.3倍，持續(xù)運(yùn)行電壓為系統(tǒng)運(yùn)行最 高線(xiàn)電壓。這樣各種電壓等級(jí)電容器用避雷器的額定電壓數(shù)據(jù)如下：

6kV額定電壓（型號(hào)為Y5WR-10/27）：

上述基本數(shù)據(jù)由于沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，避雷器廠(chǎng)家及使用單位在設(shè)計(jì)制造中會(huì)有出入。

3  貫徹2000年版新標(biāo)準(zhǔn)，安全、合理地對(duì)避雷器進(jìn)行選型的現(xiàn)實(shí)性

在我國(guó)2000年新標(biāo)準(zhǔn)中（GB11032-2000），額定電壓的選擇上述1.2-1.3倍原則得到了認(rèn)可，但持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇則出現(xiàn)了新規(guī)定：從反映避雷器使用壽命的參數(shù)1.5Un//U1mA作為參考值選擇（設(shè)計(jì)）避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓。以國(guó)內(nèi)避雷器的設(shè)計(jì)、制造水平，一般?值為80％，故持續(xù)運(yùn)行電壓選擇為額定電壓的0．8倍。這一點(diǎn)我們從伏安曲線(xiàn)的小電流區(qū)上看，是有根據(jù)的。

這樣，在實(shí)踐中根據(jù)具體條件進(jìn)行模擬計(jì)算或按經(jīng)驗(yàn)慣例對(duì)避雷器進(jìn)行選型時(shí)，應(yīng)考慮單相接地運(yùn)行1h的過(guò)電壓水平。但用戶(hù)中的技術(shù)協(xié)議甚至電力設(shè)計(jì)院圖紙中出現(xiàn)了許多與上述值有細(xì)微差別的額定電壓值，我認(rèn)為是不必要的（如10kV中出現(xiàn)16．5kV、16．7kV等）。理由是實(shí)際設(shè)計(jì)避雷器過(guò)程中，額定電壓值在伏安曲線(xiàn)中是在小電流區(qū)里面，均小于U1mAAC值，追求細(xì)微之差在實(shí)際避雷器設(shè)計(jì)中得不到實(shí)現(xiàn)；另外從下面論述可知，按照新國(guó)標(biāo)要求選擇才能在許可過(guò)電壓下安全使用（這是指不接地系統(tǒng)）。

4、按2000年版新標(biāo)準(zhǔn)中非接地系統(tǒng)氧化鋅避雷器選型的科學(xué)性

4．1　額定電壓的選擇應(yīng)按施加到避雷器端子間的最 大允許工頻電壓有效值選擇、設(shè)計(jì)，此時(shí)能在所規(guī)定的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中確定的暫態(tài)過(guò)電壓下正確地工作。持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇必須是允許持久地施加于避雷器端子間的有效值。此時(shí)工頻放電電壓要足夠高，以免在被保護(hù)設(shè)備的絕緣能耐受不需保護(hù)的操作過(guò)電壓下動(dòng)作，延長(zhǎng)使用壽命，且必須考慮到我國(guó)現(xiàn)階段制造氧化鋅避雷器的荷電率與殘壓的實(shí)際水平。

4．2凡是工頻電壓升高較嚴(yán)重的處所或是設(shè)備絕緣試驗(yàn)電壓較高的條件所允許，就應(yīng)選擇較高的氧化鋅避雷器額定電壓。工頻參考電壓的選擇應(yīng)等于或大于額定電壓。這兩點(diǎn)在新國(guó)標(biāo)要求中都較好地滿(mǎn)足，下面計(jì)算也可發(fā)現(xiàn)是滿(mǎn)足過(guò)電壓要求的。國(guó)標(biāo)要求，要保證單相接地運(yùn)行2h不動(dòng)作。最嚴(yán)重情況是當(dāng)單相接地與甩負(fù)荷同時(shí)發(fā)生，此時(shí)理論計(jì)算可能出現(xiàn)的最 大過(guò)電壓為1．99倍，則選取的氧化鋅避雷器容許持續(xù)運(yùn)行電壓UC（有效值）如下：

國(guó)標(biāo)按荷電率為0．8選取額定電壓（即Ur≈1．25 UC），均滿(mǎn)足要求。如果按躲開(kāi)概率較高的弧光接地和諧振過(guò)電壓，則額定電壓應(yīng)滿(mǎn)足：

再按?＝0．8選擇持續(xù)運(yùn)行電壓，也滿(mǎn)足要求。

綜上所述，避雷器選型問(wèn)題的主要難點(diǎn)是確定暫時(shí)過(guò)電壓的范圍問(wèn)題，既要保證在較高的操作過(guò)電壓及大氣過(guò)電壓下安全、可靠地動(dòng)作，又要保證在暫時(shí)過(guò)電壓下閥片不動(dòng)作?，F(xiàn)階段避雷器的選型和設(shè)計(jì)必須保證2h單相接地時(shí)出現(xiàn)的系統(tǒng)最 高過(guò)電壓氧化鋅避雷器不動(dòng)作，否則氧化鋅避雷器會(huì)出現(xiàn)熱崩潰甚至爆炸事故。故在不接地系統(tǒng)中按照新要求選擇是合適的。但在經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的電容器裝置中，接地過(guò)電壓會(huì)低許多，這時(shí)可根據(jù)實(shí)際模擬計(jì)算選擇較低的額定電壓及持續(xù)運(yùn)行電壓使氧化鋅避雷器在較低的操作過(guò)電壓下動(dòng)作，保護(hù)電容器裝置，但如果不方便模擬，也可按不接地系統(tǒng)選擇，因電容器極對(duì)地絕緣已考慮能滿(mǎn)足單相接地2h要求。在小于額定電壓下工作，避雷器不動(dòng)作也不會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓損害電容器裝置。

總之，這是由于氧化鋅閥片不帶串聯(lián)間隙直接串聯(lián)，導(dǎo)致氧化鋅避雷器電阻片不能承受甚至超過(guò)1．99倍的過(guò)電壓，導(dǎo)致以SiC滅弧電壓作為參考選擇的氧化鋅避雷器額定電壓不能滿(mǎn)足要求，必然要升高才能保證避雷器安全工作，如沒(méi)有實(shí)際模擬數(shù)據(jù)，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)精神中體現(xiàn)的推薦值較合適，因?yàn)樗鼭M(mǎn)足了極限要求。

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