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氧化鋅避雷器的選型方法

2016-09-30 00:00:00

氧化鋅避雷器的選型方法


從我國電力系統實際情況出發,結合避雷器選型的歷史回顧和新版本的避雷器國家標準,提出了使電力系統安全、可靠運行的并聯電容器裝置用氧化鋅避雷器的選型方法,對變電站中并聯電容器裝置的設計具有一定的參考價值。

氧化鋅避雷器;額定電壓;持續運行電壓;并聯電容器裝置


1、以往只考慮操作過電壓和雷電過電壓水平的避雷器選型及弊端

國家標準規定,系統供電端電壓應略高于系統的標稱電壓(或額定電壓)Un的K倍,即K=Um/Un(Um是系統Z 高電壓)。電氣設備的絕緣應能在Un下長期運行。220kV及以下系統的K為1.15,330kV及以下系統的K=1.1。避雷器設計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計是定在系統Z 高運行電壓的1.1倍;35kVSiC避雷器的滅弧電壓等于系統Z 高電壓;110kV及以上SiC避雷器的滅弧電壓為系統Z 高電壓的80%。對應以上的倍數分別有110%避雷器、100%避雷器和80%避雷器。 

我國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計的。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Z 大長期工頻工作電壓為系統Z 高相電壓.


2、保證在單相接地過電壓下運行且電力系統安全情況下的避雷器選型及必要性

從安全運行角度,避雷器的額定電壓的選擇還應遵守如下原則:

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

②在110kV及以下的中性點非直接接地系統中,電力部門規程規定在單相接地情況下允許運行2h,有時甚至在斷續地產生弧光接地過電壓情況下運行2h以上才能發現故障,這類系統的運行特點對氧化鋅避雷器在額定電壓下安全運行10s構成嚴重威脅。且氧化鋅避雷器與SiC避雷器結構、設計不同(后者是有間隙滅弧,前者沒有間隙或者只有隔流間隙),使得實踐中氧化鋅避雷器出現熱崩潰甚至嚴重的爆炸事故。面對這種情況,許多供電局、電力設計院根據各地的電網條件提出了許多類型的額定電壓值(如14.4kV,14.7kV等)。而在多次國標討論稿中動作負載試驗中耐受10s的額定電壓規定提高至1.2~1.3倍,使氧化鋅避雷器對中性點非直接接地系統工況的適應能力有所提高。


而由于氧化鋅避雷器的額定電壓選擇過低,使避雷器在單相接地過電壓甚至許多暫態過電壓下工作出現安全事故。電力部安全監察及生產協調司早在1993年10月30日第十七期安全情況通報上就對避雷器提出修改意見。文中要求對新裝設的3~66kV電壓等級無間隙氧化鋅避雷器持續運行電壓(UC)和額定電壓(Ur)按表1所列值選擇,而同時保護性能不能降低。(括號內數據適用于發電機和變壓器中性點氧化鋅避雷器,Um為系統標準電壓的1.05-1.10倍)

而在通報發布與新標準修訂的過渡階段,對中性點非接地系統的氧化鋅避雷器額定電壓、持續運行電壓的選擇提出了如下設計規則:

額定電壓在參考SiC避雷器滅弧電壓設計基礎上乘以1.2-1.3倍,持續運行電壓為系統運行Z 高線電壓。這樣各種電壓等級電容器用避雷器的額定電壓數據如下:

6kV額定電壓(型號為Y5WR-10/27):

上述基本數據由于沒有統一標準,避雷器廠家及使用單位在設計制造中會有出入。


3  貫徹2000年版新標準,安全、合理地對避雷器進行選型的現實性

在我國2000年新標準中(GB11032-2000),額定電壓的選擇上述1.2-1.3倍原則得到了認可,但持續運行電壓的選擇則出現了新規定:從反映避雷器使用壽命的參數1.5Un//U1mA作為參考值選擇(設計)避雷器持續運行電壓。以國內避雷器的設計、制造水平,一般?值為80%,故持續運行電壓選擇為額定電壓的0.8倍。這一點我們從伏安曲線的小電流區上看,是有根據的。

這樣,在實踐中根據具體條件進行模擬計算或按經驗慣例對避雷器進行選型時,應考慮單相接地運行1h的過電壓水平。但用戶中的技術協議甚至電力設計院圖紙中出現了許多與上述值有細微差別的額定電壓值,我認為是不必要的(如10kV中出現16.5kV、16.7kV等)。理由是實際設計避雷器過程中,額定電壓值在伏安曲線中是在小電流區里面,均小于U1mAAC值,追求細微之差在實際避雷器設計中得不到實現;另外從下面論述可知,按照新國標要求選擇才能在許可過電壓下安全使用(這是指不接地系統)。


4、按2000年版新標準中非接地系統氧化鋅避雷器選型的科學性

4.1 額定電壓的選擇應按施加到避雷器端子間的Z 大允許工頻電壓有效值選擇、設計,此時能在所規定的動作負載試驗中確定的暫態過電壓下正確地工作。持續運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。此時工頻放電電壓要足夠高,以免在被保護設備的絕緣能耐受不需保護的操作過電壓下動作,延長使用壽命,且必須考慮到我國現階段制造氧化鋅避雷器的荷電率與殘壓的實際水平。

4.2凡是工頻電壓升高較嚴重的處所或是設備絕緣試驗電壓較高的條件所允許,就應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等于或大于額定電壓。這兩點在新國標要求中都較好地滿足,下面計算也可發現是滿足過電壓要求的。國標要求,要保證單相接地運行2h不動作。Z嚴重情況是當單相接地與甩負荷同時發生,此時理論計算可能出現的Z 大過電壓為1.99倍,則選取的氧化鋅避雷器容許持續運行電壓UC(有效值)如下:


國標按荷電率為0.8選取額定電壓(即Ur≈1.25 UC),均滿足要求。如果按躲開概率較高的弧光接地和諧振過電壓,則額定電壓應滿足:

再按?=0.8選擇持續運行電壓,也滿足要求。

綜上所述,避雷器選型問題的主要難點是確定暫時過電壓的范圍問題,既要保證在較高的操作過電壓及大氣過電壓下安全、可靠地動作,又要保證在暫時過電壓下閥片不動作。現階段避雷器的選型和設計必須保證2h單相接地時出現的系統Z 高過電壓氧化鋅避雷器不動作,否則氧化鋅避雷器會出現熱崩潰甚至爆炸事故。故在不接地系統中按照新要求選擇是合適的。但在經消弧線圈接地的電容器裝置中,接地過電壓會低許多,這時可根據實際模擬計算選擇較低的額定電壓及持續運行電壓使氧化鋅避雷器在較低的操作過電壓下動作,保護電容器裝置,但如果不方便模擬,也可按不接地系統選擇,因電容器極對地絕緣已考慮能滿足單相接地2h要求。在小于額定電壓下工作,避雷器不動作也不會導致過電壓損害電容器裝置。

總之,這是由于氧化鋅閥片不帶串聯間隙直接串聯,導致氧化鋅避雷器電阻片不能承受甚至超過1.99倍的過電壓,導致以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足要求,必然要升高才能保證避雷器安全工作,如沒有實際模擬數據,以國家標準精神中體現的推薦值較合適,因為它滿足了極限要求。



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