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全國統一聯(lián)合電網(wǎng)的建設將出現更多的超高壓輸電線(xiàn)路并可能出現特高壓線(xiàn)路,因此,尋求采用既安全可靠又可少維護-(或免維護)防雷絕緣子是從事輸電線(xiàn)路科研設計運行人員夢(mèng)寐以求的目標,無(wú)論從減員增效或實(shí)行狀態(tài)檢修,都有著(zhù)重要意義。
特高壓交流線(xiàn)路避雷器是特高壓輸電線(xiàn)路最有效的防雷保護措施,特別是對于雷電活動(dòng)強烈地區的同塔雙回特高壓輸電線(xiàn)路尤為突顯,對特高壓輸電工程的安全運行性能具有重大意義。其自身仍存在過(guò)電壓防護問(wèn)題,對于能量有限的過(guò)電壓如雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓,避雷器泄流能起限壓保護作用;對能量是無(wú)限(有補充能源)的過(guò)電壓,如暫態(tài)過(guò)電壓(工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓的總稱(chēng)),其頻率或為工頻或為工頻的整數倍或分數倍;與工頻電源頻率總有合拍的時(shí)候,如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)過(guò)電壓,工頻電源能自動(dòng)補充過(guò)電壓能量,即使避雷器泄流過(guò)電壓幅值不衰減或只弱衰減,暫態(tài)過(guò)電壓如果進(jìn)入避雷器保護動(dòng)作區,勢必長(cháng)時(shí)反復動(dòng)作直至熱崩潰,避雷器損壞爆炸,因此暫態(tài)過(guò)電壓對避雷器有致命危害。
避雷器有哪些保護特性?
□避雷器的保護特性參數
各種型號的避雷器在同用途同電壓級時(shí),其雷電殘壓參數相同或接近,這是因為各生產(chǎn)廠(chǎng)都是按國標規定決定殘壓值的。有人認為既然雷電殘壓值一樣,它們的保護作用和效果也應是一樣的,隨意選用哪種型號都可以。這是一種偏見(jiàn),因為除雷電殘壓外,還有其它保護參數,如工頻放電電壓值,沖擊放電電壓值,是考察避雷器暫態(tài)過(guò)電壓承受能力,保證其長(cháng)期正常運行的參數;又如是否有雷電陡波殘壓值,是標示避雷器防雷保護功能完全的重要參數。綜合來(lái)看,只有串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器齊備上述保護特性參數,也就是說(shuō)它有齊全的防護功能。
□避雷器動(dòng)作特性運行穩定性
碳化硅避雷器保護動(dòng)作要泄放雷電流和工頻續流,動(dòng)作負載重,經(jīng)計算每次動(dòng)作泄放雷電流為0.04~0.07C電荷量,工頻續流為0.5~2.5C電荷量,后者與前者相比一般為11~17倍,且其間隙數量多隙距,常因動(dòng)作負載重使部分間隙燒毛燒損,另外瓷套外殼臟污潮濕也會(huì )影響內間隙電容分布,這些都可能使部分間隙失效而降低沖擊放電電壓值,即動(dòng)作特性穩定性差,可能增加保護動(dòng)作頻度,或遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害,而加速損壞。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器保護動(dòng)作只泄放雷電流而無(wú)續流,動(dòng)作負載輕,間隙不需具有滅弧及切斷續流能力,故間隙數量特少,3~10kV避雷器僅一個(gè)間隙,35kV避雷器為3個(gè)間隙串聯(lián),間隙的工頻放電電壓值與碳化硅避雷器相同,符合GB7327規定,故間隙隙距大,動(dòng)作特性可保持長(cháng)期運行穩定。
□串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器
碳化硅避雷器因其間隙結構(隙距小,數量多)帶來(lái)一些缺點(diǎn):如沒(méi)有雷電陡波保護功能;沒(méi)有連續雷電沖擊保護能力;動(dòng)作特性穩定差可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害;動(dòng)作負載重壽命短等。無(wú)間隙氧化鋅避雷器因其拐點(diǎn)電壓較低,有暫態(tài)過(guò)電壓承受能力差,損壞爆炸率高和壽命短等缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用ZnO閥片,其間隙結構不同于碳化硅避雷器,因其間隙數量少,當過(guò)電壓達到?jīng)_擊放電電壓時(shí)間隙無(wú)時(shí)延擊穿,同時(shí)因隙距大動(dòng)作特性穩定,故它可避免碳化硅避雷器間隙帶來(lái)的一切缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護死區內免受其危害,故它可避免無(wú)間隙氧化鋅避雷器因拐點(diǎn)電壓偏低帶來(lái)一切缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器仍有前兩種避雷器保護性能優(yōu)點(diǎn),而避免它們的缺點(diǎn)。
氧化鋅避雷器在運用中的問(wèn)題分析
□氧化鋅避雷器的密封問(wèn)題
氧化鋅避雷器密封老化問(wèn)題,主要是生產(chǎn)廠(chǎng)采用的密封技術(shù)不完善,或采用的密封材料抗老化性能不穩定,在溫差變化較大時(shí)或運行時(shí)間接近產(chǎn)品壽命后期,造成其密封不良而后使潮氣浸入,造成內部絕緣損壞,加速了電阻片的劣化而引起爆炸。
□電阻片抗老化性能差
在氧化鋅避雷器運行在其產(chǎn)品壽命的后期,電阻片劣化造成泄漏電流上升,甚至造成與瓷套內部放電,放電嚴重時(shí)避雷器內部氣體壓力和溫度急劇增高,而引起氧化鋅避雷器本體爆炸,內部放電不太嚴重時(shí)可引起系統單相接地。
□瓷套污染
由于工作在室外的氧化鋅避雷器,瓷套受到環(huán)境粉塵的污染,特別是設置在冶金廠(chǎng)區內變電所,由于粉塵中金屬粉塵的比例較大,故給瓷套造成嚴重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻,而使沿瓷套表面電流也不均勻分布,勢必導致電阻片中電流IMOA的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布),使流過(guò)電阻片的電流較正常時(shí)大1—2個(gè)數量級,造成附加溫升,使吸收過(guò)電壓能力大為降低,也加速了電阻片的劣化。
□高次諧波
冶金企業(yè)電網(wǎng)隨著(zhù)大噸位電弧爐、大型整流、變頻設備的應用及軋鋼生產(chǎn)的沖擊負荷等的影響,使電網(wǎng)上的高次諧波值嚴重超標。由于電阻片的非線(xiàn)性,當正弦電壓作用時(shí),還有一系列的奇次諧波,而在高次諧波作用時(shí)就更加速了電阻片的劣化速度。
□抗沖擊能力差
氧化鋅避雷器多在操作過(guò)電壓或雷電條件下發(fā)生事故,其原因是因電阻片在制造工藝過(guò)程中,由于其各工藝質(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴,而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強,在頻繁吸收過(guò)電壓能量過(guò)程中,加速了電阻片的劣化而損壞,失去了自身的技術(shù)性能。
面對問(wèn)題消費者在選購時(shí)應該注意哪些問(wèn)題
□避雷器外形尺寸
制造避雷器均按戶(hù)內外兩用條件決定其瓷套絕緣強度,其外形尺寸與閥片材料有關(guān)。當其用于架空線(xiàn)路或戶(hù)外變配電設備時(shí),因其相間距大,避雷器外形尺寸不會(huì )帶來(lái)不良影響。戶(hù)內手車(chē)式開(kāi)關(guān)柜因其體積尺寸較小,避雷器外形尺寸大時(shí)會(huì )帶來(lái)不良影響。碳化硅避雷器的SiC閥片其單位通流容量?jì)H為ZnO閥片的1/4,在相同通流能力(5kA)條件下,SiC閥片直徑較大,避雷器外徑也大;在相同額定電壓和殘壓條件下,碳化硅避雷器高度比氧化鋅避雷器大。尤以35kV級的更為顯著(zhù)。如JYN1-35型手車(chē)柜的112方案,原用FYZ1-35型無(wú)間隙氧化鋅避雷器,高僅650mm,裝在柜后部隔室內簡(jiǎn)易手車(chē)上,上部有隔離插頭,因該產(chǎn)品已停產(chǎn),工程設計堅持改用FZ3-35型碳化硅避雷器,高1500mm,隔室高度不夠,只得將母線(xiàn)室與隔室間隔板取消,避雷器直接與主母線(xiàn)相聯(lián),這樣避雷器的測試或更換必需在整段主母線(xiàn)斷電下進(jìn)行,運行維護困難,而避雷器外徑較大,相間空氣凈距不夠,加裝的相間絕緣隔板,有老化受潮絕緣事故隱患。氧化鋅避雷器外徑和高度相對較小,35kV級還可作成懸掛式,如Y5CZz-42/110L型串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器,高度僅640mm。
小型化避雷器更有利于手車(chē)柜內安裝使用。
□避雷器性能價(jià)格比
無(wú)間隙氧化鋅避雷器的閥片運行中長(cháng)期承受電網(wǎng)電壓,工作條件嚴酷,產(chǎn)品制造時(shí)要對閥片嚴格測試篩選,合格率低成本高,故價(jià)格也高;因它有暫態(tài)過(guò)電壓承受能力差的致命弱點(diǎn),不適于在我國3~35kV電網(wǎng)中推廣使用。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器因有間隙,大大改善閥片長(cháng)期工作條件,產(chǎn)品制造時(shí)對閥片測試篩選要求相對低些,合格率高成本低,價(jià)格也就便宜,串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器價(jià)格比無(wú)間隙氧化鋅避雷器普遍便宜,有時(shí)也比碳化硅避雷器(如3~10kV的FZ型)便宜,同時(shí)它對其它防雷器件都有揚長(cháng)避短作用,實(shí)為當代*********防雷電器,具有高的性能價(jià)格比,是避雷器更新?lián)Q代的普及和推廣產(chǎn)品。
□避雷器使用壽命問(wèn)題
避雷器使用壽命與許多因素有關(guān),除制造質(zhì)量,密封失效受潮及其它外界因素外,避雷器閥片的老化速度是影響壽命的關(guān)鍵因素。碳化硅避雷器因其動(dòng)作和負載重,續流大,動(dòng)作特性穩定差,可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害等原因,加速閥片老化,壽命不長(cháng),一般7~10年,甚致有僅3~5年的。無(wú)間隙氧化鋅避雷器的閥片長(cháng)期承受電網(wǎng)電壓,工作條件嚴酷,拐點(diǎn)電壓低,動(dòng)作頻度大,還可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害,溫度熱損傷等原因,迅速加快閥片老化,壽命較短,有的比碳化硅避雷器還短。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙可保證閥片只在過(guò)電壓保護動(dòng)作過(guò)程承受高電壓,時(shí)間極短(100μs內),在其它情況下閥片對于電網(wǎng)電壓,或處于隔離狀態(tài)(純間隙時(shí)),或處于低電位狀態(tài)(復合間隙電阻分壓),大大改善閥片長(cháng)期工作條件,還可免受暫態(tài)過(guò)電壓危害和溫度熱損傷,保證閥片溫度不超過(guò)55℃,從而保證避雷器壽命達20年以上。