一起过电压保护器烧损事故的分析与预防措施的探讨

2014-07-31白强刘勇侯志远

中国新通信 2014年3期

白强　刘勇　侯志远

【摘要】过电压保护器是一种非常有效的电网系统防御雷电过电压保护装置，它的特性可以保证电网长期稳定运行。本文就某35kV变电所过电压保护器的损坏对过电压保护器损坏原因进行了全面的分析，并提出具体的预防措施，为电力系统过电压保护器的可靠运行提供了技术参考。

【关键词】过电压保护器损坏事故分析预防措施

一、前言

电力系统中，经常会产生各类过电压危害，总结起来总共有两大过电压：内部过电压和雷电过电压。其中内部过电压的产生主要是由于电网中能量的转化或传递所产生的电网电压升高，它一般包括工频过电压、操作过电压、谐振过电压等；而雷电过电压则主要是由于雷云放电所引起的电压升高，也称为大气过电压。这些过电压不仅会危害供电线路以及发、变电站的电气设备，还会导致大面积停电，引起各类用电部门的重大损失。

过电压保护器具有相对相及相对地的保护水平相同等优点，是一种具有良好保护性能一次元件。装设过电压保护器是保护电气设备免遭大气过电压损坏的主要手段，也是防护某些内部过电压的重要措施，因此在电网配电系统中广泛使用。输电系统在正常运行情况下，过电压保护器是不导通的，当配网线路遭受雷击过电压或系统过电压，作用在保护器上的电压达到其动作电压时，保护器就会导通，通过大电流，释放过电压能量并将过电压抑制在一定水平，减少了对电力设备的沖击，保护了电力设备的绝缘。

二、事件概况

2013年03月27日之前，该110kV变电所35kV系统经常发生电压互感器烧毁、互感器保险熔断、过电压保护器烧毁等事故发生。过电压保护器为带串联间隙三相组合式的，工频放电电压为3.5倍相电压。

2013年03月27日，该变电所28#箱变烧毁，箱变内变压器、高压柜、低压柜等已烧毁，无法修复使用；

2013年07月21日，在该变电所现场，现场运维工作人员对已经烧坏的过电压保护器进行解剖分析，过电压保护器A、B两相氧化锌阀片有明显烧损迹象，C相阀片完好无损。经分析，在过电压保护器烧毁之前，系统曾发生间歇性弧光接地事故，故障相在C相（由于没有故障录波图，无法确定故障持续时间）。

图1、图2为过电压保护器损坏现场实物图，三相过电压保护器经解剖后如图1、2所示，从左到右依次是A、B、C三相，从图中可清晰看到，C相阀片完好如初，A、B两相阀片损毁严重。由此可见，系统中可能为C相发生接地现象，导致A、B两相电压升高，超过过电压保护器承受能量，继而在薄弱地方击穿损毁。

三、过电压保护器烧损原因分析

（1）铁磁谐振过电压的影响

当系统中某一点的对地绝缘能力（强度）已经不能承受所加于此点的电压时，绝缘将被击穿而放电，发生单相接地故障。即当某处的绝缘能力已经无法承受所施加的电压时，绝缘将发生击穿。其实质是，电压通过击穿点，向地放电，通过放电电弧，将与大地间发生一连串的瞬间短路。从基础电工知识可知，在一个C、L均存在的电路中，系统特性的突变（电压的突然跃变、参数的突然改变）将引起电磁振荡。这种振荡的频率及振荡电流的大小，因电网的参数的不同而异，在每次振荡过程中，电流的幅值会很高，实际模拟试验及现场实测结果表明其振荡频率在300～3000Hz之间，振荡时高频冲击电流的幅值可达数百安培之多。这种高频电流经电感（如变压器线圈）转换并放大成高频的高电压。

在6～35kV系统中，由于中性点不接地，电压互感器中性点将成为系统在单相接地时对地电流的通道，此时极易产生PT的铁磁谐振过电压。谐振过电压具有幅值高、几率高、影响大的特点。对过电压保护器的冲击可想而知，会加速保护器的绝缘老化。

事故发生前未进行操作，故排除了系统发生操作过电压及切合空长线过电压的可能性；从事故过电压保护器解剖后分析得知，系统有单相间歇性电弧接地过电压发生。

查阅过电压保护器工放值选择标准可知，过电压保护器工频放电值为3.5相电压，从DL/T620-1997第4.2.8可以知道，6～35kV系统发生单相间歇性电弧接地故障时，过电压有可能达到3.5pμ（注：pμ为正常相电压的峰值，后同），也就是说，只要有间歇性单相接地发生，过电压保护器必然动作，过电压保护器在间歇性单相接地情况下持续运行时间取决于氧化锌阀片的通流量，也可以理解为取决于间歇性单相接地发生的持续时间。当持续时间超出阀片承受能量时，过电压保护器就会击穿，俗称爆炸。

（2）结构因素

过电压保护器封壳出现问题造成过电压保护器受潮而损坏。过电压保护器封壳的主要材料是硅橡胶。由于过电压保护器生产厂家采用的技术工艺不完善或采用的密封材料抗老化性能不稳定，导致硅橡胶套封壳质量参差不齐。过电压保护器投入运行后，运行环境的状况影响或避雷器设备生命周期后期，都有可能造成过电压保护器封壳出现问题，密封性能不佳。空气中的潮气或水分渗入过电压保护器内部，造成内部绝缘降低，加速了过电压保护器劣化而引起损坏。

而过电压保护器长时间运行会导致内部元件老化，实际上，由于电网中使用的过电压保护器多没有在线监测装置和脱离设施。因此绝大多数保护器自身的裂化程度不得而知。其承受过电压水平和吸收过电压性能也只能在电气检修期通过现场试验验证。这导致大多数保护器不能在劣化临界点安全退出或更换，从而导致其损坏烧毁。

四、预防措施

过电压保护器是一种电网系统防御雷电过电压保护装置，是电网运行中必不可少的电气设备，承担着保护其它电气设备以及电网免过电压冲击带来的危害，其重要性不言而喻，得到电力部门和广大用户的认同，并在电网系统广泛应用。现针对过电压保护器在电网运行中应有的预防措施进行探讨分析。

（1）加强PT铁磁谐振的治理

较好的治理PT铁磁谐振的意义不仅仅在于避免了谐振过电压对过电压保护器的冲击，更是能够保护电压互感器的安全运行，实用性强。具体措施是在电压互感器一次侧加装流敏型一次消谐器，在二次开口三角加装智能微机综合消谐录波装置，该智能综合消谐录波装置由微机型二次消谐器和电流型一次消谐器构成，流敏型一次消谐器和微机二次消谐器之间连接有电流互感器，二次消谐器能够监测一次消谐器运行状态，自带录波功能，通过Modbus或61850协议与后台通讯显示波形或自显。其工作原理为：微机二次录波消谐器能够消除分频、工频、倍频铁磁谐振过电压，上传存储过电压幅值、频率等，时时监测一次消谐器运行状态。当电流型一次消谐器运行异常时，微机型二次消谐器发出报警信号并自动投入二次消谐电阻，确保电压互感器自身不参与谐振，同时也弥补了一、二次消谐独立工作给系统带来的保护盲区，微机二次消谐器还能记录故障时波形情况。endprint

（2）过电压保护器装设在线监测、脱离装置

任何一件产品都有一定的使用寿命，过电压保护器也不例外，为防止过电压保护器劣化时将事故扩大，建议在每只过电压保护器安装在线监测装置，时时监测过电压保护器的运行工况，已达到提前预警提醒更换的目的。

在条件允许的情况下也可以安装脱离器，在过电压保护器失效损坏时，脱离器自动动作（30mA时不大于8min）退出运行，以免造成更大损失和扩大事故，提高电网运行安全可靠性。脱离器亦有监测过电压保护器运行工况作用，脱离器动作后出现明显断开点，提示该过电压保护器已失效损坏应予更换。因此安装脱离器可免去定期给过电压保护器进行各项电气性能测试或在线监测的麻烦。

（3）加强对过电压保护器运行管理

加强监测是保证过电压保护器安全、可靠运行的重要措施之一。过电压保护器在运行前须对其进行检査和测试，将检査测试结果记入技术档案。对运行在配电网上的每一只过电压保护器都要建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测的运行记录，均要存入技术档案，作为定期检査的参考，直至该过电压保护器退出运行。

五、结束语

（1）装设过电压保护器是保证电力系统安全运行的重要保护措施，可采用“自脱离、大容量、免维护”过电压保护装置。这种保护装置能够解决普通过电压保护器的不足，当过电压保护功能因故发生热崩溃，形成内部相间短路故障时，保护装置自带的脱离装置能在短路电流的作用下迅速动作，脱离该短路点，实现该故障线路相问短路故障点的可靠切除，使系统达到安全的目的。

（2）要将过电压保护器要列入设备维护、检修计划中，不断学习新理论、新知识。定期检查和测试过电压保护器的工放值，了解其运行状态，掌握存在的问题，及时更换，以防爆炸事故的发生，加强对新设备、新技术、新理论的学习，全面掌握其核心原理及运行维护要求，保证其安全经济运行。

（3）在今后的工作实践中去认真研究、实验、探索和总结，使过电压保护器运行中的不安全因素得以预防和完善，确实提高电网运行可靠性。过电压保护器损坏的原因有雷电、系统暂态过电压、受潮、使用不当和自身质量问题等等，而过电压保护器的劣化速度的离散性及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定了过电压保护器安全运行的可靠性。

参考文献

[1] DL/T620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]

[2] 沈霞. 一起由过电压保护器引发的事故原因分析[J]. 安徽水利水电职业技术学院学报，2011

[3] 张一军，汪卫国. JPB组合式过电压保护器与常见过电压保护器原理的比较分析[J]. 浙江电力，2005