各种过电压保护器比较分析

1过电压防护问题 1.1过电压防护的背景

建国初期我国中压电网主要由架空线路和油电缆构成，空气绝缘与油绝缘具有可恢复性，3~4倍的内部过电压对绝缘构不成威胁，所以当时的中压电网只需要对高幅值的雷电过电压采取限制措施，不需要考虑内部过电压的防护问题。采取的具体措施是在相与地之间各安装一只普通的阀式避雷器，用于防护雷电造成的高幅值的相对地过电压。

到了上世纪90年代以后，我国中压电网大量采用真空断路器取代了原有的少油断路器。真空断路器相比少油断路器的免维护、寿命长、运行可靠。但由于真空灭弧室的超强的灭弧能力，往往在电弧过零点之前就被强行截断。真空断路器截流时电感储存的磁能与杂散电容储存的电能之间相互转换的振荡过程，使得操作过电压频繁发生。

企业中压配电网越来越多的由电缆线路取代了架空线路，与架空线路的可恢复性绝缘不同，交联聚乙烯电缆的固体化绝缘是不可恢复的，绝缘击穿具有累积效应。3~5倍的内部过电压会在绝缘介质内部产生局部放电，产生细微的破坏，反复多次的内部过电压就会造成绝缘的累积破坏，导致固体绝缘的运行寿命会明显缩短。

1.2普通避雷器不能限制内部过电压

电网的内部过电压一般在相电压的3—4倍之间，多数在3.5倍左右。过去采用的阀式避雷器是按照躲过电网内部过电压设计的，例如：

工频放电电压U（动作电压）=1.1×3.5×（1.15Ue/3）

按照这样原则设计的参数，普通避雷器在电网内部过电压下是不放电的。另一方面，包括操作过电压、弧光接地过电压在内的电网内部过电压是发生在相与相之间的，而普通避雷器是接在相与地之间的。所以，普通避雷器不能限制电网的内部过电压。

在电缆线路与真空断路器大量使用的大背景下，我国中压配电线路的绝缘越来越多的受到系统内部过电压的威胁，过去的阀式避雷器和普通的氧化锌避雷器已无法满足系统内部过电压与雷电过电压的双重防护要求。由于能不过电压不能有效限制，导致交联聚乙烯电缆一般在投运5~8年后事故率明显上升。

1.3无间隙氧化锌避雷器分析

单只无间隙氧化锌避雷器其核心器件是氧化锌非线性电阻，或者叫氧化锌阀片。单只结构，安装于相与地之间。的设计初衷是针对架空线路不需要考虑其内部操作过电压的绝缘危

害，仅用于防控雷电过电压。考虑到当系统发生单相接地故障时能够持续运行至少2小时，无间隙氧化锌避雷器的参数必须按线电压设计：

直流参考电压U1mA?2?1.15Un?

按照这样设计的无间隙氧化锌避雷器，再考虑1.5～1.7的残压比（过流100A电流时施加在避雷器两端的电压与参考电压之比），避雷器动作以后的残压已经远远超出了设备的操作冲击绝缘水平。只有按照相电压设计避雷器参数，才能够有效的限制相间和相对地过电压，保护设备的绝缘免受电网内部过电压的积累性破坏，但是在系统发生单相接地故障时荷电率（正常工作电压峰值与参考电压之比）远远超过了允许值，极易发生“爆炸”事故。电力部安生司在1993年12月30日曾为此类事故专门发过第17号安全通报。

1.4 第一代三相组合式过电压保护器

与普通避雷器不同的是，第一代三相组合式过电压保护器采用四个完全相同的保护单元按照“四星型”组合而成。可以把相对地和相与相之间的各种过电压限制到较低的水平。与普通氧化锌避雷器的共性问题是，当系统发生单相弧光接地或铁磁谐振过电压时，由于能量过大都有可能导致氧化锌阀片烧毁并引发相间短路事故。

过电压保护器的软连接电缆，如果截面、长度设计合理，线间距离处理搭档，在一定程度上可以避免一些事故的发生。但往往现场对过电压保护器电缆引线的长度预计线间距离处理不当，事故还时常发生。尤其是绝大多数生产厂家并不掌握电缆引线的设计技巧，更增加了事故率，甚至影响了整个行业的声誉。

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2过电压防控采用SHK-BOD自脱离过电压保护器的优势

图3 SHK-BOD结构示意图

如图3所示，SHK-BOD自脱离、免维护过电压保护器分为过电压保护功能部分、内部短路故障脱离功能部分、脱离器工作状态监测和放电计数功能部分等3部分功能组合而成的过电压保护器。在传统保护器的基础上在3相的保护单元上串联了专利技术产品“脱离器”，同时通过光纤将“脱离器”的工作状态等信息传递到“BOD状态监测仪”，再通过通讯接口与后台连接。

SHK-BOD自脱离过电压保护器的主要技术特点：

① 内置专利熔断器，脱离速度快，避免烧毁阀片后相间短路；

② 采用有感阻性放电间隙，大大降低冲击系数，对冲击过电压防护更可靠；

③ 按线电压设计保护参数，既保护相对地过电压又保护相间过电压，使设备得到真正的保护；

④ 放电计数功能，避免保护器超寿命运行；

⑤ 光电耦合技术实现对装置的运行状态实时监控并与后台通讯。

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