<samp id="auq8w"><bdo id="auq8w"></bdo></samp>
<input id="auq8w"><code id="auq8w"></code></input>
  • <sup id="auq8w"></sup>

    您好,歡迎訪問蕪湖科越電氣有限公司!?

    今天是:

    專業生產電力保護設備

    TEL 0553-2293258

    3-66KV過電壓保護器的應用與發展《高電壓技術》

    發布時間:2011-11-23   

    淮南聯合大學,安徽淮南232007;2.蕪湖科越電氣有限公司,安徽蕪湖241009)TheOvervoltageprotector’sApplicationandDevelopmentLIJin-peng1,GUOSi-jun2(1.HuainanUnitedCollege.Huainan232001,China;2.WuhuKEYEel...

      淮南聯合大學,安徽 淮南 232007;2.蕪湖科越電氣有限公司,安徽 蕪湖 241009)

      The Overvoltage protector’s Application and Development

      LI Jin-peng1,GUO Si-jun2

      ( 1.Huainan United College.Huainan 232001,China; 2.Wuhu KEYE electric Co.,LTD. Wuhu 241009,China)

      [Abstract] With the extensively using of vacuum breaker and the enlarging scale of electric fence time after time, the destruction from inside overvoltage of the middle voltage electric power system to electric equipment is going more and more severe. So combinatorial overvoltage protector has been used widely. This paper analyzes the fundamental principles and the characteristic parameters of all kinds of overvoltage prectors,then,it approaches their all-sideness and reliability as well as self-safety.

      [Key words] overvoltage lighting arrester zinc oxide interspace

      引言

      


      近年來,隨著真空斷路器的廣泛應用,操作過電壓的危害已經越來越受到人們的重視。真空斷路器在操作時,可能由于截流、重燃或三相同時開斷等原因而產生過電壓。操作過電壓主要表現為相間過電壓,而傳統的避雷器是按照防止雷電過電壓即相對地過電壓而設計的,對操作過電壓基本沒有防護作用,為了避免相間過電壓對設備的破壞,提高保護的全面性,三相組合式過電壓保護器開始被大量使用。

      相對于單柱式的碳化硅(SiC)或氧化鋅(ZnO)避雷器,組合式保護器采用三相四柱式結構,如圖1所示,由A、B、C、D四個保護單元兩兩組合成六只完整的避雷器,分別保護三相對地過電壓和相間過電壓,使保護的全面性大大提高。

      三相組合式過電壓保護器是西安電瓷研究所在七十年代末、八十年代初從國外產品樣本上得到信息而設計制造的一種特殊的過電壓保護裝置。主要用于限制切合真空斷路器引起的相間和相對地操作過電壓,達到保護用電設備和防止斷路器相間和相對地閃絡的目的。九十年代初期,該技術被國內電力系統所采用,與此同時,國內許多廠家開始對過電壓保護器進行研究、生產,迄今為止,已有多種結構的組合式保護器投入市場,使該裝置在國內得到較廣泛的應用與發展。

      組合式過電壓保護器在引進之初采用的是SiC與放電間隙組合結構,在以后的發展過程中,雖然金屬氧化物避雷器取代了SiC避雷器,但多數廠家仍然沿用了串聯間隙結構,并對串聯間隙進行改進。按照發展順序,主要有以下幾種結構:四間隙結構、三間隙結構、六間隙結構、棱型間隙結構等。除了串聯間隙的組合式保護器以外,還有無間隙保護器及其改進結構,本文將對其性能作一對比分析。

      串間隙過電壓保護器

      


      串間隙過電壓保護器的內部結構雖然多種多樣,其原理基本相同,即利用間隙隔離電網電壓,減少保護器的動作頻率,延長ZnO閥片的壽命。最近幾年,串聯間隙的保護器在應用過程中效果并不理想,國內一些專家也多次撰文對該結構提出質疑,但是,由于技術的延續性,目前仍然有多種結構的串聯間隙保護器在生產與使用,根據時間的先后順序,分別進行如下分析。

      2.1 四間隙過電壓保護器

      四間隙結構的組合式過電壓保護器基本原理如圖2所示,每個保護單元由ZnO非線性電阻與放電間隙串聯組成。該結構的保護器在九十年代初期開始生產使用,當時電力系統正在大量地采用真空斷路器以取代少油開關,操作過電壓正日益引起人們的注意,該種保護器的出現,填補了當時的國內空白,很快就在市場上大量使用。但是,從近幾年的現場運行效果來看,保護效果并不理想。

      該結構的基本設計思路是采用放電間隙將ZnO電阻與電網隔離,使ZnO電阻的荷電率為零,從而保護ZnO閥片,延長其使用壽命。但是,無論該保護器本身,還是對被保護的電器設備而言,該種結構都存在著嚴重的設計缺陷。

      1、在電網正常運行工況下,M點的電位基本為零,在接地相中串聯放電間隙完全沒有必要,反而會增加系統的對地雜散電容,同時增加了放電的分散度,使工頻電壓分布不均勻,造成試驗和安裝上的難度。

      2、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ZnO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ZnO閥片的目的。

      3、由于間隙的隔離,ZnO良好的非線性特性無法發揮,在間隙放電之前,ZnO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。

      4、隨著放電次數的增加,絕緣間隙的阻值必然發生變化,導致沖擊放電值上下波動,分散度很大,有時可以達到30%以上,因此,經過數次放電后,其保護值會有較大幅度的變化,使保護的穩定性變差,使用電設備和自身的安全性得不到可靠的保障。

      2.2 三間隙過電壓保護器

      三間隙結構的過電壓保護器結構如圖3所示,它是在四間隙結構基礎上,為了解決接地相串聯間隙增加了系統的對地雜散電容以及兩間隙疊加造成分散度過大等問題,而設計的一種改進結構。它取消了保護器接地相中串聯的間隙,使保護器相對地回路的放電間隙減少到一個,解決了四間隙結構保護器增加對地雜散電容的問題,也使其分散度有所降低。但是,其相相之間的工頻放電仍然是兩個放電間隙的疊加,分散度還是很大。另外,保護水平是由ZnO非線性電阻的殘壓U殘所決定,要使相間與相地保護水平一致,每單柱ZnO電阻的U1mA電壓也必須一樣,那末,相間二個間隙,相地一個間隙,則兩者的沖擊放電值無法做到一致。

      


      2.3 六間隙組合式過電壓保護器

      該結構的過電壓保護器主要是為了解決放電回路中由于兩個間隙疊加,保護的分散度較大,導致保護性能不穩定而改進的。它把相間與相地放電間隙都降為1,實現了無論相間保護還是相對地保護都只有一個間隙的目的,使放電的分散度大大降低。其缺點在于,由于組合式保護器一般采用三相四柱式結構,六個放電間隙使其工藝安裝造成困難,成本增加,體積加大。

      2.4 棱型間隙組合式過電壓保護器

      為了克服六間隙結構中內部間隙的增多造成接線以及安裝的復雜性。出現了如圖5所示的單間隙結構,其主要結構特征是將常規的兩極放電間隙改變為四極放電間隙,由四個放電電極組成一種正棱型結構,使電極兩兩之間間距相等,從而實現相對地與相間的工頻放電值相同,同時將放電間隙減少到一個,使分散度降低。其缺點在于,由于四個放電電極相互連動,間隙難以調整,在工藝上很難保證間隙放電值的準確性。

      A

      


      綜上分析,自從九十年代初期組合式過電壓保護器引入放電間隙來提高保護器自身的安全性能以來,很多廠家圍繞間隙的結構、性能進行了多次改進,其目的不外乎盡量減少放電間隙的分散度,增加保護器的穩定性。但是,如前所述,引入放電間隙帶來了諸多弊端,即使解決了放電分散度和對地雜散電容問題,也僅僅解決了眾多缺點中的一個,其它缺陷仍然存在,不能從根本上解決問題。近年來,國內許多專家撰文指出:“無間隙氧化鋅避雷器性能優越于串間隙避雷器”、“串間隙的金屬氧化物避雷器不是一種發展方向”。所以,串聯放電間隙對于保護設備絕無好處,只是為了保護ZnO電阻的安全不得已而為之。

      3、無間隙組合式過電壓保護器

      3.1 無間隙過電壓保護器技術性能分析

      ZnO電阻的非線性顯著優于SiC,而且通流容量大、殘壓平穩、漏電流小,這正是ZnO避雷器取代SiC避雷器的根本原因,如果仍然沿用閥式SiC避雷器的串聯間隙結構,則無法體現ZnO電阻的優點。而取消間隙則可以使ZnO電阻優良的非線性特性得到充分發揮,克服放電間隙帶來的諸多弊端。在過電壓未達到U1mA之前,ZnO電阻呈高阻狀態,ZnO電阻的電容性及阻尼性可以緩和過電壓的波頭陡度并減緩振蕩頻率。當過電壓超過U1mA時,ZnO電阻呈低阻狀態,利用其非線性對系統過電壓實現限制。對于被保護的電氣設備而言,無間隙結構是一種不可逆轉的發展方向,問題的關鍵在于取消放電間隙后,能否保證ZnO電阻長期安全地運行。

      ZnO電阻的非線性曲線及其特征參數的描述見圖6,表征ZnO非線性電阻保護性能的參數殘壓比為:K1=U殘/U1mA (1)

      表征ZnO電阻的壽命指標為荷電率:

      


      K2=Ue/U1mA (2)

      Ue --長期施加在ZnO電阻上的工作電壓

      要保證ZnO電阻長期安全地運行,根據IEC標準,荷電率不能夠大于0.75。在此前提下,對于6KV和10KV電力系統,我們可以計算出ZnO電阻的安全運行的基本條件。

      無間隙過電壓保護器基本原理見圖1,正常工況下,M點為零電位,對6kV系統,施加在每相單元ZnO電阻上的電壓峰值為:

      Ue =UAM =

      


      ×6×1.15/

      


      =5.63kV。

      將Ue =5.63,K2=0.75代入(2)式可得:

      U1mA=Ue/ K2 =5.63/0.75 =7.5kV

      對于一定的生產工藝和配方,殘壓比K1是固定的,目前,用于過電壓保護器的ZnO電阻的殘壓比K1一般為1.3。

      將U1mA=7.5 kV,K1=1.3代入(1)式可得:

      U殘= K1×U1mA= 1.3×7.5 =9.75kV

      那么U相間=2×9.75kV=19.5kV

      同樣,對于10kV系統,可以計算出:

      


      U相間=32.7kV

      所以,殘壓比為1.3的ZnO閥片,對于6kV系統,當相間過電壓設計保護值不低于19.5kV,10kV系統不低于32.7kV時,過電壓保護器是安全可靠的。如果要求進一步降低ZnO電阻的殘壓值,則必須改變ZnO電阻的配方或改善組裝工藝。

      3.2無間隙組合式過電壓保護器性能改進

      為了擴大保護裕度,實現對弱絕緣設備的可靠保護,可以通過改善ZnO電阻的配方或組裝工藝,降低其殘壓比來實現,而不是增加間隙。在改變ZnO配方難度大、成本高的情況下,近年來國內出現的分級保護工藝倒不失為一種發展方向。

      分級保護的組合式過電壓保護器原理圖見圖7,每個保護單元的ZnO電阻由1、2兩級組成,第2級為ZnO電阻與火花電極XG的組合。

      在正常工況下,系統電壓由兩部分共同承擔,其荷電率為:K2=Ue/(U1mA1+ U1mA2),通過調整第2級的U1mA2,可以使荷電率滿足要求,保證ZnO電阻長期、安全地運行。同時,在這個保護階段保護器保留了無間隙結構的優點。

      當過電壓超過(U1mA1+ U1mA2)并達到一定值時,火花電極XG放電,將第2級ZnO電阻短接,標稱放電電流下的殘壓值U殘僅為第1級ZnO電阻的殘壓U殘1,其殘壓比為:

      K1= U殘1/(U1mA1+ U1mA2)

      在ZnO電阻配方不變的前提下,保護器的殘壓比可以大大降低,從而擴大保護裕度,實現對弱絕緣設備的保護。對于同樣的設計動作值,可以降低ZnO電阻的荷電率,提高保護器的安全可靠性。

      分級保護方案融合了無間隙結構和串間隙結構的優點,既能夠使ZnO電阻的非線性特性得到充分發揮,又將保護范圍擴大到對弱絕緣設備的可靠保護,同時避免了串聯放電間隙而帶來對保護設備的不穩定和不可靠因素。對設備保護的全面性、可靠性與保護器自身的安全性達到了較好的統一。

      5、結語

      組合式過電壓保護器不僅可以防止由于雷電產生的相對地過電壓,而且能夠可靠保護相間過電壓。保護的全面性大大提高,必將成為一種新的發展方向。

      串間隙組合式保護器僅僅是為了保護自身的ZnO電阻而采取的一種權宜措施,它使保護的可靠性與穩定性大大下降,所以,并不是過電壓保護器的發展方向。

      無間隙過電壓保護器在對電器設備的保護性能方面,性能優越于串間隙結構的保護器,而對弱絕緣設備的保護,其作用比較勉強。

      問題的解決可以通過改變ZnO電阻的配方、改善其電氣性能等方面著手。分級保護的組合式保護器保留了無間隙結構的優點,同時,降低了ZnO的殘壓比,提高了保護裕度,能夠實現保護的全面性、可靠性與安全性的統一。


      版權所有:蕪湖科越電氣有限公司  皖ICP備19018507號-1 技術支持:辰光網絡