陳華沛

（安徽三和電力技術(shù)有限公司，合肥 235300）

在發(fā)電廠、鋼鐵、煤炭、化工、石油等行業(yè)中，隨著真空斷路器等的大量使用，由此產(chǎn)生的操作過電壓的危害也越來越引起人們的關(guān)注。在通常的情況下開關(guān)截流和多次重燃時，相間過電壓為對地過電壓的1.5倍。而開關(guān)三相同步截流時，相間過電壓為對地過電壓的2倍。因此，真空斷路器開斷高壓電動機(jī)時產(chǎn)生的相間操作過電壓在通常情況下是相地操作過電壓的1.5～2.0倍。真空斷路器開斷高壓電動機(jī)時，特別是在開斷啟動過程中的電動機(jī)時，截流過電壓和三相同時開斷過電壓可能超過4倍的額定電壓.，高頻重復(fù)重?fù)舸┻^電壓可能超過5倍的額定電壓，嚴(yán)重危及電動機(jī)的絕緣。

目前市場上常用的過電壓防護(hù)產(chǎn)品有單支氧化鋅避雷器、四星型帶串聯(lián)間隙組合式過電壓保護(hù)器、四星型組合式無間隙過電壓保護(hù)器、阻容吸收器等，但保護(hù)效果及保護(hù)產(chǎn)品本身的安全性和穩(wěn)定性均不十分理想。

1 目前市場常用幾種過電壓防護(hù)產(chǎn)品的比較

1.1 金屬氧化物避雷器

金屬氧化物避雷器主要是針對大氣過電壓設(shè)計的，可有效限制系統(tǒng)中由雷擊等引起的大氣過電壓。但是，對于真空斷路器產(chǎn)生的相間操作過電壓起不到很好的限制作用。

1.2 無間隙四星型組合式過電壓保護(hù)器

圖1 無間隙四星型組合式過電壓保護(hù)器

其結(jié)構(gòu)如圖1所示，保護(hù)器由4組ZnO閥片單元組成。系統(tǒng)正常運行時三相平衡，保護(hù)器中性點M點為零電位，系統(tǒng)的相電壓僅由相單元的ZnO閥片承擔(dān)，接地的那組ZnO閥片不承擔(dān)電壓，相單元ZnO閥片荷電率很高，所以該結(jié)構(gòu)保護(hù)器在運行中老化很快，很難長期安全運行。而且在不同運行工況下，中性點電位不確定，可能造成地相ZnO閥片過載損壞。若提高保護(hù)器的U1mA，則將失去對用電設(shè)備絕緣的保護(hù)功能。

1.3 帶串聯(lián)間隙四星型過電壓保護(hù)器

帶串聯(lián)間隙四星型過電壓保護(hù)器分為四間隙和三間隙兩種結(jié)構(gòu)。該過電壓保護(hù)器因有放電間隙的存在，正常運行時放電間隙將ZnO閥片和電網(wǎng)相隔離，不存在荷電率問題，殘壓可以做到相對很低。但放電間隙本身也帶來很多問題，比如放電間隙分散性大導(dǎo)致的放電值不穩(wěn)定，若沖擊放電電壓高，則保護(hù)裕度小，不能對設(shè)備進(jìn)行很好的保護(hù)；若沖擊放電電壓低，則不能對ZnO電阻進(jìn)行很好的保護(hù)。同時放電電極在重復(fù)動作若干次后極易損壞，大大降低其使用壽命。放電間隙導(dǎo)通速度慢，會帶來放電延時，往往系統(tǒng)過電壓幅值已超過設(shè)備耐壓值放電間隙還未導(dǎo)通。另外，放電間隙擊穿時會產(chǎn)生突變的截波，對電動機(jī)等設(shè)備的匝間絕緣也會帶來很大傷害。

1.4 阻容吸收器

阻容吸收器中的電容對削弱過電壓波頭陡度及降低過電壓幅值能起到一定的作用，但無明確的過電壓限制閥值，很難與設(shè)備的絕緣水平進(jìn)行配合。而且，由于電網(wǎng)中高次諧波涌入阻容器，易導(dǎo)致RC過熱甚至燒毀，事故率很高。正常運行時，阻容吸收器會增大系統(tǒng)的電容電流，此類產(chǎn)品應(yīng)用范圍受到很大的限制，很多系統(tǒng)不能大量使用。

2 星三角組合式過電壓保護(hù)器

星三角組合式過電壓保護(hù)器是一種新型的過電壓保護(hù)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。星三角組合式過電壓保護(hù)器采用無間隙結(jié)構(gòu)，可以發(fā)揮ZnO電阻良好的伏安特性，無動作分散性和放電延時等放電間隙帶來的一系列問題，動作值穩(wěn)定且不受各種波形影響。通過獨特的星—三角連接，使荷電率大大降低，同時解決了相間和相地保護(hù)水平的均衡性問題，對相間和相地的過電壓均能起到可靠的保護(hù)作用，可以有效保護(hù)用電設(shè)備絕緣免受過電壓侵害。

星三角組合式過電壓保護(hù)器因采用無間隙結(jié)構(gòu)，可以對保護(hù)器內(nèi)ZnO閥片的泄漏電流、動作次數(shù)等進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，了解保護(hù)器的具體運行情況。

圖2 星三角組合式過電壓保護(hù)器

下面以10kV電動機(jī)型保護(hù)器為例說明其保護(hù)特性和安全性能。

國標(biāo)GB311.1-1997規(guī)定，最高電壓在1kV≤Um≤252kV的范圍內(nèi)，電氣設(shè)備的相間絕緣耐受電壓與相對地絕緣耐受電壓值相同。對于在運行中的高壓電動機(jī)，其相對地和相對相之間的絕緣所能承受的過電壓數(shù)值，我們做一下分析。

2.1 10kV電動機(jī)的絕緣水平

工頻耐壓水平UR

式中，Ud為電動機(jī)額定電壓（10.5kV）。

雷電沖擊耐壓水平

操作沖擊耐壓水平

2.2 星三角組合式過電壓保護(hù)器參數(shù)

根據(jù)JB/T10496的規(guī)定，無間隙組合式過電壓保護(hù)器的直流1mA參考電壓相間不小于23.2kV，相地不小于18.6kV。我們?nèi)∠鄦卧y片組U相1mA=11.6kV，地單元閥片組U地1mA=7kV。根據(jù)目前國內(nèi)ZnO閥片的制作水平，取K1=1.7，K1為5kA標(biāo)稱雷電沖擊電流下殘壓比。

系統(tǒng)中操作過電壓主要由于真空斷路器開斷過程中產(chǎn)生的截流過電壓，目前斷路器的截流值都在數(shù)安培以內(nèi)，所以可以取該操作沖擊電流下的ZnO閥片殘壓比K2=1.2。

則該保護(hù)器的操作沖擊過電壓保護(hù)水平為

可以看出，星三角過電壓保護(hù)器相間和相地的殘壓值均小于電動機(jī)的沖擊耐受水平，滿足對電動機(jī)的保護(hù)要求。

下面對該保護(hù)器在電力系統(tǒng)運行中的荷電率做分析。荷電率是表征ZnO閥片在某一電壓下能否長期運行的一個重要指標(biāo)，氧化鋅電阻片的荷電率可表示為

式中，Ue為系統(tǒng)持續(xù)運行電壓峰值，U1mA為ZnO閥片直流1mA參考電壓。

當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，相對地ZnO閥片的最大荷電率為

相間ZnO閥片的最大荷電率為

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，相地ZnO閥片的最大荷電率為

發(fā)生單相接地故障時，相對地閥片的最大荷電率較高，但是荷電率較高主要影響氧化鋅元件的壽命。一般認(rèn)為，荷電率＜0.75時，氧化鋅元件壽命可以達(dá)到100年，而系統(tǒng)在單相接地故障下運行只是一種短時的暫態(tài)運行狀態(tài)，在這種狀態(tài)下即使是較高的荷電率，也不會明顯地影響氧化鋅元件的使用壽命。所以，上述各組氧化鋅元件在各種運行狀態(tài)下都能夠滿足長期安全運行的要求。

3 結(jié)論

由以上結(jié)果可知，星三角組合式過電壓保護(hù)器可以對系統(tǒng)中操作過電壓和大氣過電壓進(jìn)行很好的保護(hù)作用，且荷電率很低，可以長期穩(wěn)定的在系統(tǒng)中安全運行。

[1]李錦鵬.組合式過電壓保護(hù)器技術(shù)性能分析[J].工礦自動化,2004(1):44-46.