电力论文
引言
过电压保护器又称组合式避雷器，是近十多年出现的专用于35kV 以下成套柜内，就近与真空开关配套的过电压限制设备，主要用于防止由真空开关产生的操作过电压对电力设备的侵害，同时兼有防雷的功能。可有效地保护母线、真空开关、电动机、发电机、电容器组等电力设备的绝缘不受损害，对相间和相地的过电压均起到可靠的限制作用。从原理上讲1台三相组合式过电压保护器可起到6台普通避雷器的作用。义安矿业部分变电站高压开关柜装有“四星形”接线的过电压保护器，每年雷雨季节来临前都对各变电站避雷器做一次预防性试验，试验合格的投入运行，不合格的进行更换。但从近几年实际运行中发现，当系统出现单相接地引起故障时，几乎都是这类组合式产品发生过崩溃，而单只氧化锌避雷器完好。这也验证了许颖教授在《3~66kV 交流无间隙金属氧化物避雷器持续运行电压技术参数问题》一文中的描述，换言之，也就是在“四星形”接线中，4个元件的额定电压为0.5倍标准单只避雷器的额定电压，要保证“四星形”接线组合式过电压保护器可靠运行[1],4个元件的额定电压要提高到0.662倍标准单只避雷器的额定电压，保护水平提高到1.324倍，但 TOV耐受能力与保护水平形成了固有的矛盾，所以两者不能两全，难以满足正常绝缘配合的需求[2].
1 有间隙过电压保护器存在的问题
1）有间隙过电压保护器电气原理如下页图1所示，从原理图可看出，这类产品为四柱式结构，采用“四星形”接法，两个单元分担运行电压，当一只单元损坏时会导致其他单元迅速损坏，这种连锁反应最终会导致相间短路使得事故扩大。对于无间隙“四星形”接线中，阀片的荷电率较高，老化较严重，若简单沿用 GB11032参数来设计“四星形”过电压保护器，出现单相接地故障时，组合式产品的 TOV 耐受能力将比单只氧化锌避雷器降低1/3,如果氧化锌避雷器按3.5p.u值来设计，则组合式产品只能达到2.3p.u.显然，在中性点不接地系统中（一般最大过电压不超过3.5p.u），出现2.3p.u过电压的机率要比3.5p.u高,这是组合式过电压保护器事故率远高于单只氧化锌避雷器的主要原因，这也从实际运行中验证了这一点；对于带串联间隙“四星形”接线中，加入火花间隙对氧化锌阀片单元进行了保护，使氧化锌电阻的荷电率为零，虽然提高了产品的使用寿命，但由于间隙的存在很难做到稳定且存在冲击系数，所以对高频的操作过电压起不到很好的限制作用。由于产品稳定性得不到保证，间隙放电分散性大，所以产品在实际运行中故障率偏高，并容易造成事故扩大。
2）加入间隙的固有缺陷。过电压保护器由于火花间隙的加入，保护特性不再由氧化锌电阻的非线性特性决定，而是由间隙的放电特性所决定，这导致过电压保护器相应速度远低于无间隙氧化锌避雷器，绝缘配合非常困难，大大降低了产品的保护性能。由于有间隙的存在，在正常状态下氧化锌阀片无法形成监测回路，无法测试氧化锌阀片是否受潮或老化，只能等发生事故后退出运行，给用户带来隐患。
3）制造工艺复杂，产品稳定性得不到保证。制造带间隙的组合式过电压保护器均采用套筒结构，间隙与阀片安置在环氧套筒里或塑料底盒里。这类产品的生产厂家简单使用密封胶把间隙周围进行密封，没有做专门的密封设计，由于内部间隙有空气存在，过电压保护器动作时放电膨胀会产生“呼吸”现象，导致间隙与阀片受潮，时间一长就会造成阀片老化，从而引发间隙和阀片被击穿，发生事故，产品运行中密封失效已成为这类产品事故率高的另一个原因。
4）大部分用户单位未配置放电计数器或在线监测仪，运行中是否作用于户单位不清楚。如果配置了这些附件，动作次数也只能反映间隙的寿命，但是无法得知氧化锌阀片的老化及损坏情况。
2 过电压保护器与避雷器的预防比较
从表1中可以看出，过电压保护器加入间隙后，只能做绝缘电阻与工频放电试验，严禁做直流1mA参考电压及0.75参考电压（1mA）下的泄漏电流试验，即无法判别氧化锌阀片的好坏。过电压保护器做工频放电试验原理是取三次放电电压的平均值与出厂安装使用说明书的技术参数值进行比较，在合格范围内就判定正常。但是该项试验的本质就是做了间隙的动作电压，与氧化锌阀片的泄漏电流无任何联系。假设过电压保护器氧化锌阀片已经受潮或老化，但放电间隙正常，做工频放电试验也会合格，此时的过电压保护器就像被贴了合格证的定时炸弹在高压开关柜中运行，一旦发生过电压时就会使过电压保护器出现热崩溃甚至爆炸事故。由于放电间隙的存在，目前还没有任何试验手段对过电压保护器氧化锌阀片进行检测，也无法预知过电压保护器何时发生事故。
3 改造措施
根据考察、调研、查阅相关资料，并借鉴国内外多年来的实践经验，义安矿业引进一种新型的六柱全相双安全保护装置，如下页图2所示，该产品为无间隙“六元件”结构，采用“Y-△”接线，相地3只接成Y 形接法，保护相地过电压，相间3只接成△形接法，保护相间过电压，6只氧化锌避雷器的参数选择与标准单只氧化锌避雷器的参数完全一致，3只相对地氧化锌避雷器就是标准氧化锌避雷器的运行工况，3只相间氧化锌避雷器不承受接地故障时过电压的作用，这使得相间氧化锌避雷器比相对地氧化锌避雷器有着更高的运行安全性和可靠性[4].这种新的组合方式完全保持了无间隙氧化锌避雷器的优异特性，即时响应快，相间和相地为独立的氧化锌阀片单元组件，所有氧化锌阀片单元独立运行，不会引起四柱式结构中的连锁效应；并通过环氧树脂真空浇注工艺解决了产品的密封问题；没有了间隙的固有缺陷，不存在间隙放电电压受内外环境影响的问题；结构紧凑、运行可靠，外形及安装尺寸与“四星形”结构完全一样，易于实现在线监测及预防性试验，保证产品的运行安全性和可靠性。义安矿业从2012年开始对部分变电站改造更换为一特六柱全相双安全保护装置，到目前运行状况平稳，没有出现任何异常现象。
4 结论
1）目前市场上的主流产品为采用“四星形”接法的带间隙组合式过电压保护器，即“采用三台避雷器星形连接后经第四台避雷器接地的接线方式”,其保护效果差，事故率高。
2）“四星形”接法的组合式过电压保护器，无论是否有间隙，在单相接地故障时，过电压耐受能力较差，难以满足正常绝缘配合的需求[5].
参考文献
[1]许颖。3~66KV 交流无间隙金属氧化物避雷器持续运行电压技术参数问题[J].电网技术。1996（6）：35-39.
[2]艾建红，康定增，王学葵，等。组合式过电压保护器发展动态[J].电力设备。2012,15（10）：24-27.
[3]阎中华。带串联间隙金属氧化物避雷器的研究与开发[J].电瓷避雷器。1990（1）：1-8.
[4]李学思。三相组合式氧化锌避雷器[J].电瓷避雷器。1989（1）:11-17.