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避雷器在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的問題分析
作者:admin 來源:本站原創(chuàng) 更新時(shí)間:2015年09月28日 瀏覽: 【字體:
避雷器在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的問題分析

摘要:文中闡述了避雷器自身防護(hù)問題及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響,簡(jiǎn)單的論述了避雷器的保護(hù)特性,分析了氧化鋅避雷器在應(yīng)用中的問題及解決問題的技術(shù)措施,探討了防雷界的熱點(diǎn)問題。

關(guān)鍵詞:避雷器 特性 應(yīng)用 問題分析 技術(shù)措施

1.應(yīng)用中的問題探討

1.1避雷器自身過電壓防護(hù)問題

避雷器是過電壓保護(hù)電器,其自身仍存在過電壓防護(hù)問題。對(duì)于能量有限的過電壓如雷電過電壓和操作過電壓,避雷器泄流能起限壓保護(hù)作用。對(duì)能量是無限(有補(bǔ)充能源)的過電壓,如暫態(tài)過電壓(工頻過電壓和諧振過電壓的總稱),其頻率或?yàn)楣ゎl或?yàn)楣ゎl的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍,與工頻電源頻率總有合拍的時(shí)候,如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)過電壓,工頻電源能自動(dòng)補(bǔ)充過電壓能量,即使避雷器泄流過電壓幅值不衰減或只弱衰減,暫態(tài)過電壓如果進(jìn)入避雷器保護(hù)動(dòng)作區(qū),勢(shì)必長時(shí)反復(fù)動(dòng)作直至熱崩潰,避雷器損壞爆炸,因此暫態(tài)過電壓對(duì)避雷器有致命危害。如果已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)不受其危害的避雷器,稱之為暫態(tài)過電壓承受能力強(qiáng),反之稱暫態(tài)過電壓承受能力差。碳化硅避雷器暫態(tài)過電壓承受能力強(qiáng),但由于運(yùn)行中動(dòng)作特性穩(wěn)定性差,常因沖擊放電電壓(保護(hù)動(dòng)作區(qū)起始電壓)值下降,仍可能遭受暫態(tài)過電壓危害。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點(diǎn)電壓(可近似地把參考電壓當(dāng)作拐點(diǎn)電壓)偏低,僅2.21~2.56Uxg(最大相電壓),而有些暫態(tài)過電壓最大值達(dá)2.5~3.5Uxg,故有暫態(tài)過電壓承受能差的缺點(diǎn)。對(duì)暫態(tài)過電壓危害有效防護(hù)辦法是加結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的串聯(lián)間隙將全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi),使避雷器免受其危害。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器有此獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)。

1.2避雷器自身對(duì)電力系統(tǒng)不安全影響

保護(hù)間隙和管型避雷器在間隙擊穿后,保護(hù)回路再也沒有限流元件,保護(hù)動(dòng)作都要造成接地故障或相間短路故障,保護(hù)作用增多電力系統(tǒng)故障率,影響電力系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。應(yīng)用氧化鋅避雷器,從根本上避免保護(hù)作用產(chǎn)生接地故障或相間短路故障,且不用自動(dòng)重合閘裝置就能減少線路雷害停電事故。

1.3避雷器其連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力

有時(shí)高壓電力裝置可能遭受連續(xù)雷電沖擊,連續(xù)雷電沖擊是指兩次雷電入侵波間隔時(shí)間僅數(shù)百μs至數(shù)千μs,間隔時(shí)間極短。碳化硅避雷器保護(hù)動(dòng)作既泄放雷電流也泄放工頻續(xù)流,切斷續(xù)流時(shí)耗最大達(dá)10000μs,一次保護(hù)循環(huán)時(shí)間要遠(yuǎn)大于10000μs才能恢復(fù)到可進(jìn)行再次動(dòng)作能力,故碳化硅避雷器沒有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力。氧化鋅避雷器保護(hù)動(dòng)作只泄放雷電流,雷電流泄放(小于100μs)完畢,立即恢復(fù)到可進(jìn)行再次動(dòng)作能力,故氧化鋅避雷器具有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力,這對(duì)于多雷區(qū)或雷電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)的防雷保護(hù)尤為重要。

1.4工頻能源的浪費(fèi)

只關(guān)注防雷器件泄放雷電流的限(降)壓保護(hù)作用,輕視或忽視有些器件同時(shí)泄放工頻電流浪費(fèi)能源作用。保護(hù)間隙或管型避雷器保護(hù)動(dòng)作可能伴隨短路電流(幾kA至幾十kA)對(duì)地放電,碳化硅避雷器保護(hù)動(dòng)作有工頻續(xù)流(避雷器FS型為50A,F(xiàn)Z型為80A,F(xiàn)CD型為250A)對(duì)地放電,而造成能源浪費(fèi),使用氧化鋅避雷器可徹底避免保護(hù)作用帶來的工頻能源浪費(fèi)。

2.避雷器保護(hù)特性

2.1避雷器的保護(hù)特性參數(shù)

各種型號(hào)的避雷器在同用途同電壓級(jí)時(shí),其雷電殘壓參數(shù)相同或接近,這是因?yàn)楦魃a(chǎn)廠都是按國標(biāo)規(guī)定決定殘壓值的。有人認(rèn)為既然雷電殘壓值一樣,它們的保護(hù)作用和效果也應(yīng)是一樣的,隨意選用哪種型號(hào)都可以。這是一種偏見,因?yàn)槌纂姎垑和,還有其它保護(hù)參數(shù),如工頻放電電壓值,沖擊放電電壓值,是考察避雷器暫態(tài)過電壓承受能力,保證其長期正常運(yùn)行的參數(shù);又如是否有雷電陡波殘壓值,是標(biāo)示避雷器防雷保護(hù)功能完全的重要參數(shù)。綜合來看,只有串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器齊備上述保護(hù)特性參數(shù),也就是說它有齊全的防護(hù)功能。

2.2避雷器動(dòng)作特性運(yùn)行穩(wěn)定性

碳化硅避雷器保護(hù)動(dòng)作要泄放雷電流和工頻續(xù)流,動(dòng)作負(fù)載重,經(jīng)計(jì)算每次動(dòng)作泄放雷電流為0.04~0.07 C電荷量,工頻續(xù)流為0.5~2.5 C電荷量,后者與前者相比一般為11~17倍,且其間隙數(shù)量多隙距,常因動(dòng)作負(fù)載重使部分間隙燒毛燒損,另外瓷套外殼臟污潮濕也會(huì)影響內(nèi)間隙電容分布,這些都可能使部分間隙失效而降低沖擊放電電壓值,即動(dòng)作特性穩(wěn)定性差,可能增加保護(hù)動(dòng)作頻度,或遭受暫態(tài)過電壓危害,而加速損壞。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器保護(hù)動(dòng)作只泄放雷電流而無續(xù)流,動(dòng)作負(fù)載輕,間隙不需具有滅弧及切斷續(xù)流能力,故間隙數(shù)量特少,3~ 10kV避雷器僅一個(gè)間隙,35kV避雷器為3個(gè)間隙串聯(lián),間隙的工頻放電電壓值與碳化硅避雷器相同,符合GB7327規(guī)定,故間隙隙距大,動(dòng)作特性可保持長期運(yùn)行穩(wěn)定。

2.3串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器

碳化硅避雷器因其間隙結(jié)構(gòu)(隙距小,數(shù)量多)帶來一些缺點(diǎn):如沒有雷電陡波保護(hù)功能;沒有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力;動(dòng)作特性穩(wěn)定差可能遭受暫態(tài)過電壓危害;動(dòng)作負(fù)載重壽命短等。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點(diǎn)電壓較低,有暫態(tài)過電壓承受能力差,損壞爆炸率高和壽命短等缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用ZnO閥片,其間隙結(jié)構(gòu)不同于碳化硅避雷器,因其間隙數(shù)量少,當(dāng)過電壓達(dá)到?jīng)_擊放電電壓時(shí)間隙無時(shí)延擊穿,同時(shí)因隙距大動(dòng)作特性穩(wěn)定,故它可避免碳化硅避雷器間隙帶來的一切缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)免受其危害,故它可避免無間隙氧化鋅避雷器因拐點(diǎn)電壓偏低帶來一切缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器仍有前兩種避雷器保護(hù)性能優(yōu)點(diǎn),而避免它們的缺點(diǎn)。

2.4避雷器運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)

避雷器失效的主要特征是泄漏電流增大,運(yùn)行中不易發(fā)現(xiàn),有可能長時(shí)帶病運(yùn)行,以致擴(kuò)大事故,故有必要監(jiān)察其運(yùn)行工況。碳化硅避雷缺乏監(jiān)察手段,靠每年定期普遍測(cè)試篩選淘汰這樣作事倍功半,還不能隨時(shí)剔除失效品。氧化鋅避雷器可附帶脫離器,當(dāng)其失效損壞時(shí),脫離器自動(dòng)動(dòng)作(30mA時(shí)不大于8min)退出運(yùn)行,以免造成更大損失和事故,提高運(yùn)行安全可靠性。

3.避雷器應(yīng)用

3.1避雷器外形尺寸

制造避雷器均按戶內(nèi)外兩用條件決定其瓷套絕緣強(qiáng)度,其外形尺寸與閥片材料有關(guān)。當(dāng)其用于架空線路或戶外變配電設(shè)備時(shí),因其相間距大,避雷器外形尺寸不會(huì)帶來不良影響。戶內(nèi)手車式開關(guān)柜因其體積尺寸較小,避雷器外形尺寸大時(shí)會(huì)帶來不良影響。碳化硅避雷器的SiC閥片其單位通流容量僅為ZnO閥片的1/4,在相同通流能力(5kA)條件下,SiC閥片直徑較大,避雷器外徑也大;在相同額定電壓和殘壓條件下,碳化硅避雷器高度比氧化鋅避雷器大。尤以35kV級(jí)的更為顯著。如JYN1-35型手車柜的112方案,原用FYZ1-35型無間隙氧化鋅避雷器,高僅650mm,裝在柜后部隔室內(nèi)簡(jiǎn)易手車上,上部有隔離插頭,因該產(chǎn)品已停產(chǎn),工程設(shè)計(jì)堅(jiān)持改用FZ3-35型碳化硅避雷器,高 1500mm,隔室高度不夠,只得將母線室與隔室間隔板取消,避雷器直接與主母線相聯(lián),這樣避雷器的測(cè)試或更換必需在整段主母線斷電下進(jìn)行,運(yùn)行維護(hù)困難,而避雷器外徑較大,相間空氣凈距不夠,加裝的相間絕緣隔板,有老化受潮絕緣事故隱患。氧化鋅避雷器外徑和高度相對(duì)較小,35kV級(jí)還可作成懸掛式,如Y5CZz-42/110L型串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器,高度僅640mm。小型化避雷器更有利于手車柜內(nèi)安裝使用。

3.2避雷器性能價(jià)格比

無間隙氧化鋅避雷器的閥片運(yùn)行中長期承受電網(wǎng)電壓,工作條件嚴(yán)酷,產(chǎn)品制造時(shí)要對(duì)閥片嚴(yán)格測(cè)試篩選,合格率低成本高,故價(jià)格也高;因它有暫態(tài)過電壓承受能力差的致命弱點(diǎn),不適于在我國3~35kV電網(wǎng)中推廣使用。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器因有間隙,大大改善閥片長期工作條件,產(chǎn)品制造時(shí)對(duì)閥片測(cè)試篩選要求相對(duì)低些,合格率高成本低,價(jià)格也就便宜,串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器價(jià)格比無間隙氧化鋅避雷器普遍便宜,有時(shí)也比碳化硅避雷器(如3~10kV的FZ型)便宜,同時(shí)它對(duì)其它防雷器件都有揚(yáng)長避短作用,實(shí)為當(dāng)代最先進(jìn)防雷電器,具有高的性能價(jià)格比,是避雷器更新?lián)Q代的普及和推廣產(chǎn)品。

3.3避雷器使用壽命問題

避雷器使用壽命與許多因素有關(guān),除制造質(zhì)量,密封失效受潮及其它外界因素外,避雷器閥片的老化速度是影響壽命的關(guān)鍵因素。碳化硅避雷器因其動(dòng)作和負(fù)載重,續(xù)流大,動(dòng)作特性穩(wěn)定差,可能遭受暫態(tài)過電壓危害等原因,加速閥片老化,壽命不長,一般7~10年,甚致有僅3~5年的。無間隙氧化鋅避雷器的閥片長期承受電網(wǎng)電壓,工作條件嚴(yán)酷,拐點(diǎn)電壓低,動(dòng)作頻度大,還可能遭受暫態(tài)過電壓危害,溫度熱損傷等原因,迅速加快閥片老化,壽命較短,有的比碳化硅避雷器還短。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙可保證閥片只在過電壓保護(hù)動(dòng)作過程承受高電壓,時(shí)間極短(100μs內(nèi)),在其它情況下閥片對(duì)于電網(wǎng)電壓,或處于隔離狀態(tài)(純間隙時(shí)),或處于低電位狀態(tài)(復(fù)合間隙電阻分壓),大大改善閥片長期工作條件,還可免受暫態(tài)過電壓危害和溫度熱損傷,保證閥片溫度不超過55℃,從而保證避雷器壽命達(dá) 20年以上。

4.氧化鋅避雷器運(yùn)行中的問題分析

我公司應(yīng)用氧化鋅避雷器始于80年代,運(yùn)行至今在110KV母線上共發(fā)生6起事故,均為氧化鋅避雷器本體爆炸,其運(yùn)行壽命最長達(dá)110個(gè)月,最短的僅有11個(gè)月表1為我公司110KVⅢ段母線避雷器爆炸統(tǒng)計(jì)表。

從運(yùn)行時(shí)間上、安裝的環(huán)境、氣候、及生產(chǎn)廠,對(duì)損壞的氧化鋅避雷器進(jìn)行技術(shù)分析,造成氧化鋅避雷器運(yùn)行中爆炸的原因可歸納如下幾項(xiàng):

4.1 氧化鋅避雷器的密封問題

氧化鋅避雷器密封老化問題,主要是生產(chǎn)廠采用的密封技術(shù)不完善,或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定,在溫差變化較大時(shí)或運(yùn)行時(shí)間接近產(chǎn)品壽命后期,造成其密封不良而后使潮氣浸入,造成內(nèi)部絕緣損壞,加速了電阻片的劣化而引起爆炸。

4.2電阻片抗老化性能差

在氧化鋅避雷器運(yùn)行在其產(chǎn)品壽命的后期,電阻片劣化造成泄漏電流上升,甚至造成與瓷套內(nèi)部放電,放電嚴(yán)重時(shí)避雷器內(nèi)部氣體壓力和溫度急劇增高,而引起氧化鋅避雷器本體爆炸,內(nèi)部放電不太嚴(yán)重時(shí)可引起系統(tǒng)單相接地。

4.3瓷套污染

由于工作在室外的氧化鋅避雷器,瓷套受到環(huán)境粉塵的污染,特別是設(shè)置在冶金廠區(qū)內(nèi)變電所,由于粉塵中金屬粉塵的比例較大,故給瓷套造成嚴(yán)重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻,而使沿瓷套表面電流也不均勻分布,勢(shì)必導(dǎo)致電阻片中電流IMOA的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布),使流過電阻片的電流較正常時(shí)大1—2個(gè)數(shù)量級(jí),造成附加溫升,使吸收過電壓能力大為降低,也加速了電阻片的劣化。
4.4 高次諧波

冶金企業(yè)電網(wǎng)隨著大噸位電弧爐、大型整流、變頻設(shè)備的應(yīng)用及軋鋼生產(chǎn)的沖擊負(fù)荷等的影響,使電網(wǎng)上的高次諧波值嚴(yán)重超標(biāo)。由于電阻片的非線性,當(dāng)正弦電壓作用時(shí),還有一系列的奇次諧波,而在高次諧波作用時(shí)就更加速了電阻片的劣化速度。

4.5抗沖擊能力差

氧化鋅避雷器多在操作過電壓或雷電條件下發(fā)生事故,其原因是因電阻片在制造工藝過程中,由于其各工藝質(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴(yán),而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強(qiáng),在頻繁吸收過電壓能量過程中,加速了電阻片的劣化而損壞,失去了自身的技術(shù)性能。

5.技術(shù)措施

針對(duì)冶金電網(wǎng)的特點(diǎn)及氧化鋅避雷器幾次事故分析的結(jié)論,要保證氧化鋅避雷器在網(wǎng)上安全可靠運(yùn)行,應(yīng)采取以下措施:

5.1設(shè)計(jì)選型

在設(shè)計(jì)選型上,應(yīng)首選有多年穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品,在選擇生產(chǎn)廠時(shí),應(yīng)選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測(cè)手段的生產(chǎn)廠,才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能,以使在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2在線監(jiān)測(cè)

增設(shè)氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)儀,并加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)儀的巡檢力度,特別是在雷雨后和易發(fā)生故障的部位(有電弧爐負(fù)荷的母線段、氧化鋅避雷器壽命已到后期)增加巡次數(shù)。定期給氧化鋅避雷器進(jìn)行各項(xiàng)電氣性能測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)儀的校驗(yàn)。

5.3防污措施

采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清掃或涂以防污閃硅油,在氧化鋅避雷器選型上選用防污瓷套型的氧化鋅避雷器。

5.4諧波治理

加強(qiáng)電網(wǎng)諧波的治理力度,在有諧波源的母線段增設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和濾波裝置,以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

5.5技術(shù)管理

加強(qiáng)對(duì)氧化鋅避雷器的技術(shù)管理工作,即對(duì)運(yùn)行在網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術(shù)檔案,對(duì)出廠報(bào)告、定期測(cè)試報(bào)告及在線監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行記錄均要存入技術(shù)檔案,直至該避雷器退出運(yùn)行。

據(jù)國外有關(guān)技術(shù)資料統(tǒng)計(jì),氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電和操作過電壓,受潮、污閃、系統(tǒng)條件、本身故障等,但仍有一定比例損壞的原因不詳,故仍有其在運(yùn)行中對(duì)事故原因不明確的問題。又因氧化鋅避雷器的劣化速度的離散性,及雷電、操作過電壓、諧波、運(yùn)行環(huán)境等的隨機(jī)性,都決定著氧化鋅避雷器的安全運(yùn)行的可靠性,故需在今后的工作實(shí)踐中去研究、實(shí)驗(yàn)、探索和總結(jié),以使得其在運(yùn)行中的不安全因素可得以預(yù)防和完善。
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