李柳濤

（柳州鋼鐵股份有限公司機(jī)動工程部，廣西柳州 545002）

引言

鋼鐵企業(yè)由于設(shè)備數(shù)量多、設(shè)備復(fù)雜，供電網(wǎng)絡(luò)也較為復(fù)雜。在鋼鐵企業(yè)中，過電壓是供電系統(tǒng)最大的危害之一，過電壓不但對供電設(shè)備的絕緣造成破壞，還造成供電設(shè)備的損壞，甚至直接損壞用電設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)線停產(chǎn)。為有效抑制系統(tǒng)過電壓，多在配電系統(tǒng)中采用過電壓保護(hù)器或避雷器。

1 故障概述

2020年4月，南方逐步進(jìn)入雷雨季節(jié)。某日中午，一聲響雷過后，某鋼廠6 kV一母線段發(fā)出母線接地零序過電壓報警，該母線上6個開關(guān)柜保護(hù)裝置發(fā)出保護(hù)整組啟動信號，隨即這6個開關(guān)柜過流I段保護(hù)動作跳閘。工作人員到達(dá)現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)部分開關(guān)柜內(nèi)避雷器、過電壓保護(hù)器損壞。

2 原因分析

2.1 故障現(xiàn)象分析

該配電室的供電線路有電纜和架空線，因為在打雷后發(fā)生故障，因此懷疑是雷擊架空線導(dǎo)致，隨即安排工作人員對架空線路進(jìn)行巡查。巡查后發(fā)現(xiàn)架空線路一桿上絕緣子損壞炸壞，導(dǎo)線斷開并搭接在桿上金屬橫擔(dān)上。后對該線路搖測絕緣，C相對地絕緣為零，確認(rèn)該回路接地，將該回路與母線斷開后搖測母線絕緣，母線絕緣正常。進(jìn)一步檢查損壞的避雷器，均為C相，與架空線接地相相同，于是確定故障原因為該架空線路遭受雷擊所致。為確?；謴?fù)后的安全，工作人員將該母線段上的所有避雷器拆解下來做泄漏試驗，除6個開關(guān)柜C相避雷器已損壞外，另兩相避雷器泄漏值也超標(biāo)，該母線段上其它開關(guān)柜的避雷器泄漏值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.2 避雷器選型分析

（1）在對避雷器進(jìn)行試驗檢查過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)原使用的避雷器型號有兩種，一種為HY5WZ-7.6/27無間隙氧化鋅避雷器，另一種為HY5WS-7.6/27無間隙氧化鋅避雷器。HY5WZ系列為電站型避雷器，一般用于保護(hù)發(fā)電廠、變電所中交流電器設(shè)備免受大氣過電壓和操作過電壓的損壞；HY5WS系列為配電型避雷器，一般用于保護(hù)相應(yīng)電壓等級的開關(guān)柜、變壓器、箱式變、電纜頭等有關(guān)配電設(shè)備免受大氣和操作過電壓損壞。該配電室主要是給下級配電室供電，負(fù)荷主要為電纜線路，同時帶部分架空線路。使用的這2種型號避雷器未根據(jù)保護(hù)類型選擇，降低了保護(hù)效果。

（2）避雷器選型的2個重要參數(shù)是其持續(xù)運行電壓Uc的額定電壓Ue。避雷器的持續(xù)運行電壓要求高于或等于作用在避雷器的最高實際運行電壓，對于相對地避雷器，持續(xù)運行電壓通常要高于。其中Um為系統(tǒng)最高線電壓的工頻電壓有效值，因系統(tǒng)可能存在諧波，因此，系統(tǒng)電壓高于額定電壓，在選型時要進(jìn)行考慮?？紤]到以上特性，由于6 kV系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，因此一般選型原則是要求運行電壓等于或高于最高運行線電壓，從該項指標(biāo)上來看持續(xù)運行電壓是合適的。而避雷器額定電壓的選擇一般是考慮避雷器安裝點的系統(tǒng)暫時過電壓，并同時考慮它們的幅值以及相應(yīng)的持續(xù)時間。從這一點來看，參數(shù)選擇也是正確的。

2.3 確定原因

從以上2點分析，此次避雷器損壞的原因主要是：

（1）由于雷電擊壞架空線絕緣子，導(dǎo)線斷裂后單相接地，非故障相電壓升高，造成該線路所在的母線過電壓，過電壓持續(xù)時間長；同時，雷電在擊中架空線路故障相時，故障相線路不是立即燒斷，而是經(jīng)過了一段時間，系統(tǒng)殘壓較高，超出避雷器的保護(hù)能力，導(dǎo)致避雷器損壞，以及同一母線上其它避雷器的損壞。

（2）由于開關(guān)柜上錯誤地選用了電站型避雷器，未能按保護(hù)范圍選擇適合型號的避雷器。

（3）避雷器損壞造成相間短路，從而相起開關(guān)柜過流I段動作跳閘。

3 預(yù)防措施

3.1 本次故障的防范措施

（1）因外部架空線路較長，部分桿塔所處位置高于周邊建筑物，易遭受雷擊，因此在部分易受雷擊的桿塔上裝設(shè)線路避雷器，避免雷電直接侵入架空線路。

（2）變電站內(nèi)的避雷器按保護(hù)范圍正確選擇適合的避雷器。

（3）加強(qiáng)避雷器的預(yù)防性試驗，定期對避雷器進(jìn)行預(yù)防性試驗，檢查避雷器的參數(shù)性能，對超指標(biāo)值或指標(biāo)下降明顯的避雷器進(jìn)行更換，在此特別應(yīng)注意，更換避雷器時應(yīng)整組進(jìn)行更換，而不能僅更換不合格的一支。

3.2 根據(jù)電網(wǎng)的特點制定防范措施

鋼鐵企業(yè)中的過電壓類型一般有以下幾種：

（1）雷電過電壓，如上述案例中提到的，其主要原因是雷電直接侵入系統(tǒng)，這類過電壓能量大，如果防范不到位，造成的后果非常嚴(yán)重。這類過電壓主要發(fā)生在架空線較多的場合以及室外設(shè)備較多的場合。雷電過電壓主要來自于架空線路、室外設(shè)備遭受雷擊，因此防范架空線遭雷擊是減少這類過電壓的主要措施，一般采用架設(shè)避雷線、避雷針或線路避雷器進(jìn)行防范。

（2）操作過電壓，這類過電壓一般發(fā)生在斷路器開合、故障等情況下，引起系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生突然變化，使系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。防范措施一般為選用滅弧能力強(qiáng)的開關(guān)、裝設(shè)高性能的避雷器、開關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻等，同時要加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)，避免發(fā)生系統(tǒng)短路故障。

（3）諧振過電壓，這類過電壓是電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能量作用下，產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，會導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓。諧振過電壓對系統(tǒng)的危害也是非常大的，在6 kV不接地系統(tǒng)中一般采用消弧線圈和改變運行方式來消除諧振，主要是改變系統(tǒng)的電容量和電感量參數(shù)，從而達(dá)到消除諧振的目的。

（4）鋼鐵企業(yè)大都配備自備發(fā)電機(jī)組，對于不直接上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組，因外部電網(wǎng)跳閘，有可能會引起發(fā)電機(jī)組的孤網(wǎng)運行，在發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運行的情況下，可能會造成系統(tǒng)的過電壓，導(dǎo)致電力事故的發(fā)生。為避免這種情況，應(yīng)設(shè)置能穩(wěn)控系統(tǒng)對孤網(wǎng)運行時的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)和措施，以減少過電壓的發(fā)生。

4 結(jié)束語

鑒于過電壓在鋼鐵企業(yè)電力系統(tǒng)所造成的危害，日常管理中，要特別注重避免過電壓的設(shè)備設(shè)施配置，在技術(shù)上加強(qiáng)管理，在設(shè)備運行中加強(qiáng)管控，以治為主，以防為輔，通過防治結(jié)合，達(dá)到減少過電壓發(fā)生，提高電網(wǎng)安全可靠性，減少電力事故的發(fā)生。