(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

1 過電壓防護(hù)問題

建國(guó)初期我國(guó)工礦企業(yè)電網(wǎng)主要由架空線路和油電纜構(gòu)成，空氣絕緣與油絕緣具有可恢復(fù)性，3～4倍的內(nèi)部過電壓對(duì)絕緣構(gòu)不成威脅，所以當(dāng)時(shí)的工礦企業(yè)電網(wǎng)只需要對(duì)高幅值的雷電過電壓采取限制措施，不需要考慮內(nèi)部過電壓的防護(hù)問題。采取的具體措施是在相與地之間各安裝一只普通的閥式避雷器，用于防護(hù)雷電造成的高幅值的相對(duì)地過電壓。

到了上世紀(jì)90年代以后，我國(guó)工礦企業(yè)電網(wǎng)大量采用真空斷路器取代了原有的少油斷路器。真空斷路器相比少油斷路器的優(yōu)勢(shì)為免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠。但由于真空滅弧室的超強(qiáng)的滅弧能力，往往在電弧過零點(diǎn)之前就被強(qiáng)行截?cái)?。真空斷路器截流時(shí)電感儲(chǔ)存的磁能與雜散電容儲(chǔ)存的電能之間相互轉(zhuǎn)換的振蕩過程，使得操作過電壓頻繁發(fā)生。

工礦企業(yè)配電網(wǎng)越來越多的由電纜線路取代了架空線路，與架空線路的可恢復(fù)性絕緣不同，交聯(lián)聚乙烯電纜的固體化絕緣是不可恢復(fù)的，絕緣擊穿具有累積效應(yīng)。3～5倍的內(nèi)部過電壓會(huì)在絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生局部放電，產(chǎn)生細(xì)微的破壞，反復(fù)多次的內(nèi)部過電壓就會(huì)造成絕緣的累積破壞，導(dǎo)致固體絕緣的運(yùn)行壽命會(huì)明顯縮短。

連云港堿業(yè)有限公司前身連云港堿廠，是80年代建成投產(chǎn)的純堿化工企業(yè)，在企業(yè)電網(wǎng)不斷升級(jí)改造的過程中，也一直面臨著以上問題。為了盡量減少過電壓對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的危害，我公司也在不斷嘗試各種過電壓防護(hù)措施。

2 各種過電壓保護(hù)器比較分析

2.1 普通避雷器不能限制內(nèi)部過電壓

電網(wǎng)的內(nèi)部過電壓一般在相電壓的3～4倍之間，多數(shù)在3.5倍左右。過去采用的閥式避雷器是按照躲過電網(wǎng)內(nèi)部過電壓設(shè)計(jì)的，例如：

按照這樣原則設(shè)計(jì)的參數(shù)，普通避雷器在電網(wǎng)內(nèi)部過電壓下是不放電的。另一方面，包括操作過電壓、弧光接地過電壓在內(nèi)的電網(wǎng)內(nèi)部過電壓是發(fā)生在相與相之間的，而普通避雷器是接在相與地之間的。所以，普通避雷器不能限制電網(wǎng)的內(nèi)部過電壓。

在電纜線路與真空斷路器大量使用的大背景下，我國(guó)中壓配電線路的絕緣越來越多的受到系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的威脅，過去的閥式避雷器和普通的氧化鋅避雷器已無法滿足系統(tǒng)內(nèi)部過電壓與雷電過電壓的雙重防護(hù)要求。由于過電壓不能有效限制，導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯電纜一般在投運(yùn)5～8年后事故率明顯上升。

2.2 無間隙氧化鋅避雷器分析

單只無間隙氧化鋅避雷器其核心器件是氧化鋅非線性電阻，或者叫氧化鋅閥片。單只結(jié)構(gòu)，安裝于相與地之間，僅用于架空線路防控雷電過電壓?？紤]到當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)能夠持續(xù)運(yùn)行至少2 h，無間隙氧化鋅避雷器的參數(shù)必須按線電壓設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)初衷是針對(duì)不需要。

按照這樣設(shè)計(jì)的無間隙氧化鋅避雷器，再考慮1.5～1.7的殘壓比(過流100 A電流時(shí)施加在避雷器兩端的電壓與參考電壓之比)，避雷器動(dòng)作以后的殘壓已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)備的操作沖擊絕緣水平。只有按照相電壓設(shè)計(jì)避雷器參數(shù)，才能夠有效的限制相間和相對(duì)地過電壓，保護(hù)設(shè)備的絕緣免受電網(wǎng)內(nèi)部過電壓的積累性破壞，但是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)荷電率(正常工作電壓峰值與參考電壓之比)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了允許值，極易發(fā)生“爆炸”事故。電力部安生司在1993年12月30日曾為此類事故專門發(fā)過第17號(hào)安全通報(bào)。

2.3 第一代三相組合式過電壓保護(hù)器

與普通避雷器不同的是，第一代三相組合式過電壓保護(hù)器采用四個(gè)完全相同的保護(hù)單元按照“四星型”組合而成?？梢园严鄬?duì)地和相與相之間的各種過電壓限制到較低的水平。與普通氧化鋅避雷器的共性問題是，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地或鐵磁諧振過電壓時(shí)，由于能量過大都有可能導(dǎo)致氧化鋅閥片燒毀并引發(fā)相間短路事故。

圖1 第一代三相組合式過電壓保護(hù)器

過電壓保護(hù)器的軟連接電纜，如果截面、長(zhǎng)度設(shè)計(jì)合理，線間距離處理得當(dāng)，在一定程度上可以避免一些事故的發(fā)生。但往往現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過電壓保護(hù)器電纜引線的長(zhǎng)度與進(jìn)線間距離處理不當(dāng)，事故還時(shí)常發(fā)生。尤其是絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家并不掌握電纜引線的設(shè)計(jì)技巧，更增加了事故率。

3 改造前企業(yè)現(xiàn)狀及存在問題

通過不斷升級(jí)改造，連云港堿業(yè)公司電網(wǎng)采用第一代三相組合式過電壓保護(hù)器(TBP類)，根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，第一代過電壓保護(hù)器主要存在以下問題：

1)過電壓保護(hù)器在掛網(wǎng)運(yùn)行后，是否損壞，不能判定，只能通過每年檢修試驗(yàn)時(shí)才能檢測(cè)。

2)在系統(tǒng)大能量過電壓沖擊下，保護(hù)器自身會(huì)發(fā)生損壞，因保護(hù)器無自我保護(hù)功能，導(dǎo)致在極端情況下可能會(huì)發(fā)生爆炸事故。給企業(yè)帶來不安全隱患。

3)部分帶計(jì)數(shù)器TBP通過自帶CT檢測(cè)放電計(jì)數(shù)，因?yàn)楸Ｗo(hù)器自身大小的限制，CT與一次采用固體絕緣，帶電安全距離小，導(dǎo)致一二次不能絕對(duì)隔離。

4 改造方案及改造后狀況

4.1 過電壓防控采用SHK-BOD自脫離過電壓保護(hù)器的優(yōu)勢(shì)

作為第一代三相組合式過電壓保護(hù)器(TBP類)升級(jí)換代產(chǎn)品，SHK-BOD自脫離、免維護(hù)過電壓保護(hù)器分為過電壓保護(hù)功能部分、內(nèi)部短路故障脫離功能部分、脫離器工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和放電計(jì)數(shù)功能部分等三部分功能組合而成的過電壓保護(hù)器。在傳統(tǒng)保護(hù)器的基礎(chǔ)上在三相的保護(hù)單元上串聯(lián)了專利技術(shù)產(chǎn)品“脫離器”，同時(shí)通過光纖將“脫離器”的工作狀態(tài)等信息傳遞到“BOD狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀”，再通過通訊接口與后臺(tái)連接。

圖2 SHK-BOD結(jié)構(gòu)示意圖

4.1.1 主要技術(shù)特點(diǎn)

1)內(nèi)置專利熔斷器，脫離速度快，脫離能力強(qiáng)： 300 A·60 ms到103 kA·0.07 ms的電流，脫離裝置皆可實(shí)現(xiàn)可靠脫離，尤其在大短路電流下，能快速脫離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)速跳保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，避免燒毀閥片后相間短路，不會(huì)造成系統(tǒng)跳閘停電。

2)可靠的脫離能力：在相間短路時(shí)，一個(gè)脫離器可實(shí)現(xiàn)可靠脫離。

3)采用有感阻性放電間隙，大大降低沖擊系數(shù)，對(duì)沖擊過電壓防護(hù)更可靠。

4)按線電壓設(shè)計(jì)保護(hù)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)較低的過電壓保護(hù)參數(shù)，既保護(hù)相對(duì)地過電壓又保護(hù)相間過電壓，使設(shè)備得到真正的保護(hù)，設(shè)備運(yùn)行安全系數(shù)高。

5)放電計(jì)數(shù)功能，避免保護(hù)器超壽命運(yùn)行。

6)采用光電耦合技術(shù)，解決了高低壓系統(tǒng)的絕對(duì)隔離，對(duì)裝置運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視，能實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)器是否投運(yùn)，并能記錄動(dòng)作次數(shù)，并可與現(xiàn)場(chǎng)通信總線接口。

4.1.2 主要功能

1)能把發(fā)生在相間和相對(duì)地的各種過電壓限制在較低的水平。

2)具有可靠的自脫離功能，避免因大能量過電壓的沖擊導(dǎo)致爆炸事故。

3)具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能。自身保護(hù)功能狀態(tài)一目了然。

4.2 SHK-BOD自脫離過電壓保護(hù)器安裝方案

2015年以來，利用系統(tǒng)停車機(jī)會(huì)，公司逐步對(duì)主6 kV變電所、廠6 kV變電所、生產(chǎn)變電所、輔助變電所的進(jìn)線、變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)共計(jì)60多臺(tái)開關(guān)柜進(jìn)行了電壓保護(hù)器改造，全部采用SHK-BOD自脫離過電壓保護(hù)器。

經(jīng)過改造后兩年時(shí)間的運(yùn)行狀況及檢測(cè)狀況來看，SHK-BOD自脫離過電壓保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了相對(duì)較低的過電壓保護(hù)參數(shù)，既保護(hù)相對(duì)地過電壓又保護(hù)相間過電壓，使設(shè)備得到真正的保護(hù)，設(shè)備運(yùn)行安全系數(shù)高，尤其在大短路電流下，能快速脫離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)速跳保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，避免燒毀閥片后相間短路，不會(huì)造成系統(tǒng)跳閘停電。

圖3 6 kV母線柜過電壓保護(hù)器改造示意圖

5 結(jié) 語

通過換代升級(jí)改造，我公司電網(wǎng)解決過電壓保護(hù)器無自我保護(hù)功能的問題，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地或鐵磁諧振過電壓時(shí)，在系統(tǒng)大能量過電壓沖擊下，SHK-BOD自脫離過電壓保護(hù)器可將發(fā)生在相間和相對(duì)地的各種過電壓限制在較低的水平，并實(shí)現(xiàn)可靠的自脫離功能，避免因大能量過電壓的沖擊導(dǎo)致爆炸事故，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，消除我公司生產(chǎn)過程中的過電壓不安全隱患，為企業(yè)避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

[1] 解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：北京水利出版社，1991