92#站金属氧化锌避雷器的选择

陈 曦

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000）

0 引言

为防护感应雷或电力系统的操作过电压及工频暂态过电压对高压电气设备造成的危害，92#站（电气系统图见附图）不论35kV 还是10kV 系统都采用普通阀型避雷器，型号分别是FZ-35、FS7-10，这种在92#站建站时就使用的避雷器已被新型避雷器所取代，这就是金属氧化物避雷器。它是常规避雷器中较先进的产品，它的优点是保护性能好、无续流、耐重复动作能力强、残压低、通流量大、性能稳定、抗老化能力强，已在世界各国广泛使用。

1 92#站10kV及35kV系统避雷器的选择

1.1 避雷器额定电压的选择

避雷器额定电压是施加在避雷器端子的最大允许工频电压的有效值，它是表征避雷器运行特性的一个重要参数。由于电力系统的标称电压是系统相间电压的标称值，而避雷器一般安装在相对地之间，正常情况下避雷器上加载的是相电压和暂时过电压，所以它不等同于系统的标称电压。在相同的系统标称电压下，避雷器的额定电压选的越高，在运行时通过避雷器的泄漏电流越小，对减轻避雷器的劣化有利，可以提高运行的可靠性。但另一方面，避雷器的额定电压选得越高，其相应的残压值也提高了，在同样的绝缘水平下，其保护裕度将会降低。所以必须选择合适的额定电压，才能保证避雷器真正起到保护设备的作用。

由DLT804-2002[3]可知，避雷器的额定电压Ur：

式中：k——切除单相接地故障时间系数，10s 及以内切除的k=1，10s 以上切除的k=1.25～1.3

Ui——暂时过电压(有效值)，它与系统最高电压Um 有一定的比例关系

所以，避雷器额定电压选择的原则是：只要满足与被保护设备之间的绝缘配合，避雷器的额定电压的数值可以选的高一些，它的取值应能承受所在系统的暂时过电压和操作过电压，不低于持续运行电压。

表1 暂时过电压和避雷器的额定电压(有效值) （kV）

表2 避雷器的分类 （kV）

按中性点接地方式：系统分为直接接地和非直接接地两种，对应的暂时过电压取值见表1，35kV92#变电站为中性点非直接接地系统。

1.2 避雷器标称放电电流的选择

避雷器的标称放电电流是用于划分避雷器等级的、具有8/20μs 波形的雷电冲击放电电流的峰值，它分为1.5kA、2.5kA、5kA、10kA、20kA共5个等级，在避雷器的额定电压确定后，对照DLT804-2002[3]中避雷器的分类，见表2，可查出相应的避雷器标称放电电流等级，一般保护35kV 以下的设备的避雷器选用5kA 的等级。

表3 各类设备的雷电冲击耐受电压 （kV）

1.3 避雷器雷电过电压保护水平的选择

无间隙金属氧化物避雷器的雷电过电压保护水平完全由它的残压来确定，它是雷电流通过避雷器时产生的压降，按照《高压输变电设备的绝缘配合》GB311.1-1997[4]，可查出被保护设备的额定雷电冲击耐受电压值，如表3 所示，除以相应的雷电过电压配合系数kc，就得到保护该设备的避雷器雷电过电压保护水平（即残压）Up：

式中：Ub——雷电冲击耐受电压（kV）

该值在允许范围内取值越小，保护效果也越好。由GB311.1-1997[4]可知：中性点非直接接地一般应满足kc≥1.4，中性点直接接地一般应满足kc≥1.25。在确定避雷器的额定电压和标称放电电流后，再根据GB11032-2000[2]选取避雷器。

1.4 92#站10kV 及35kV 系统避雷器的选择

由式（1）可知：避雷器额定电压Ur≥kUi

接地故障10s 及以上切除：k=1.25

1.4.1 对10kV 系统

由资料（DLT804-2002[3]表6）避雷器额定电压Ur 的建议值得：Ur=17kV，标称放电电流为5kA。

由资料查得：10kV 高压电器设备的雷电冲击耐受电压值为75kV，配合系数kc取1.4，则由式（2）得残压：

由资料查得：残压值为50kV，则10kV 设备的避雷器选择为YH 5WS-17/50，这是复合外套式金属氧化锌避雷器，标称放电电流为5kA，额定电压17kV，残压50kV。

1.4.2 对35kV 系统

由资料查得：（DLT804-2002[3]表6）避雷器额定电压Ur 的建议值得：Ur=54kV，标称放电电流为5kV。

由资料查得：35kV 高压电器设备的雷电冲击耐受电压值为185kV，配合系数kc取1.4，则由式(2)得残压：

由资料查得：残压值为134kV，则35kV 设备的避雷器选择YH 5WZ-54/134，这是复合外套式金属氧化锌避雷器，标称放电电流为5kA，额定电压54kA，残压134kA。

表4 避雷器额定电压Ur 的建议值 （kV）

表5 典型的电站和配电用避雷器参数 （kV）

2 92#站10kV 及35kV 系统金属氧化锌避雷器的保护距离

由于避雷器只能保护一定电气距离范围内的电气设备，所以下面我们计算92#变电站10kV 设备所选YH 5WS-17/50、35kV 设备所选YH 5WZ-54/134 避雷器是否满足电气距离的要求。由DL/T620-1997[5]《交流电气设备的过电压保护和绝缘配合》可知，避雷器与被保护电气设备的最大电气距离由下式确定：

由：Ub=Up+2ɑ×Lmax/v=Up+2ɑb×Lmax

得：Lmax=（Ub-Up）/2×ɑb（3）

式中：Lmax——避雷器保护的最大电气距离（m）

Ub——雷电冲击耐受电压（kV）

Up——避雷器的残压（kV）

v——雷电波波速（光速km/s）

ɑ——雷电侵入波的时间陡度（kV/s）

ɑb雷电侵入波的空间陡度(kV/m)

2.1 35kV 设备所选YH 5WZ-54/134 避雷器的最大电气距离

92#变电站35kV 进线为两路进线，且两路均有进线避雷器，它限制了雷电侵入波的侵入陡度，根据规程取ɑb=0.5kV/m。雷电冲击耐受电压为185kV，所选避雷器残压为134kV，则由式（3）得：

2.2 10kV 设备所选YH 5WS-17/50 避雷器的最大电气距离

92#变电站10kV 进线也为两路进线，且两路均为电缆进线，根据规程取ɑb=0.5kV/m。雷电冲击耐受电压为75kV，所选避雷器残压为50kV，则由式（3）得：

3 结论

由以上计算得出的避雷器保护的最大电气距离Lmax均大于92#站10kV 及35kV 系统避雷器实际安装位置到各高压电气设备的电气距离，故所选避雷器能够满足92#变电站对防护雷电过电压、操作过电压及暂态过电压的要求。正如GB311.1-1997[4]《高压输变电设备的绝缘配合》所述，避雷器对高压电气设备的保护与它的保护距离和保护接线有很大的关系，但对于220 以下的变配电站，无论电气主接线形式如何，只要保证在每一段可能单独运行的母线上都有一组避雷器，就可以使整个变电站得到保护。

［1］张纬拔，何金良，编.过电压防护及绝缘配合[M].清华大学出版社，2002，5.

［2］GB11032-2000 交流无间隙金属氧化物避雷器[S].

［3］DLT804-2002 交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则[S].

［4］GB311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合[S].

［5］DL/T620-1997 交流电气设备的过电压保护和绝缘配合[S].