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氧化锌避雷器的爆炸原因及防范措施


  1、氧化锌避雷器氧化锌避雷器是用来保护电力系统中多种电气设备免受过电压损坏的电器。保护并联电容器组的氧化锌避雷器是氧化锌避雷器应用的一个重要领域,并且是以绝对的无可争议的优越性得到电力部门和使用单位的认同,但是该氧化锌避雷器发生爆炸也是一个不容忽视的问题,认真分析其爆炸的原因,得悉其防范措施,是一个有着现实意义的事情。
 
2、并联电容器组用的氧化锌避雷器的特点:
2.1 装设位置的分类:①中性点;②电源侧;③与电容器并联;④与电抗器并联四类。
2.2从避雷器的角度看,电容器组是一个阻抗很小的设备,在电容器放电时将产生幅值大、陡度很高的放电电流。由于氧化锌避雷器的高度的非线性特性,截断超过保护水平的所有暂态过电压,而将剩余电荷留在未被扰动的的电容器中。无间隙氧化锌避雷器是非常适合保护并联电容器组的。
 
3、并联电容器组用的氧化锌避雷器的爆炸原因分析
3.1额定电压取值偏低
氧化锌避雷器的额定电压是表明其运行特性的一个重要参数,也是一种耐受工频电压能力的指标。通常避雷器的额定电压应在对系统暂态过电压的计算分析及样本提供的工频过电压耐受时间特性曲线比较的基础上,选择避雷器的额定电压。
在一定的电网电压等级和设备绝缘水平下,避雷器的额定电压越低,保护水平也越低,但保护裕度可以增大。所以我们平时就选用较低额定电压的避雷器。
3.2持续运行电压取值偏低
避雷器持续运行电压还应该大于或等于该系统的最高相电压,才能保证长时间运行下的热稳定。现在各标准、规范、导则已统一意见,按系统最高电压Um来选择氧化锌避雷器。
在GB11032-89中,无论是对额定电压,还是持续运行电压定义不够严密,而且取值又偏低,造成以前保护电容器组氧化锌避雷器频繁爆炸。我分公司所辖的一个输变电工区,仅一个站的保护电容器组用的氧化锌避雷器,从2000年投产至2004年,就爆炸过4次。究其原因就是额定电压和持续运行电压取值偏低。
3.3选型有误
有些生产单位会自己选择购买避雷器,特别是在氧化锌避雷器还不很普及的时候,以为与阀型的一样,对其的特殊性无所适从。我也有这样的体会,那是在九十年代末期,我所在的工区更换10KV线路的旧式阀型避雷器,几个站用的全部由上级单位订购。我们初期更换时,便不加选择地予以更换,及至发现有区别时,已为时往矣。
3.4未进行能量核算
通流容量是由SiC避雷器沿用下来的概念,即2ms方波冲击耐受试验电流。电容器用避雷器的特殊之处,在于它要承受电容器的放电能量,因此在设计中需进行能量核算。但是在制造厂通常提供的产品资料中,往往缺乏进行能量核算所必需的数据,例如2ms方波冲击电流所对残压U2ms、避雷器的极限吸收能量W/m等。按规程规定,电容器的储能小于氧化锌避雷器的通流能力时才可用氧化锌避雷器限制过电压。不进行通流能量的核算,如选择通流能力偏小,极易造成避雷器“不堪重负”而爆炸。 
3.5受潮、老化、污秽的影响

3.51 受潮的原因主要与产品的生产、运输等有关。受潮的途径有两个:一是密封不良使潮气或水分侵入,密封垫的质量和组装工艺是关键;二是产品元件受潮或装配车间不合格造成的。随着质量观念的加强,多数厂家把生产质量放在第一位,加上检测设备的不断完善,受潮问题已不是爆炸的主要因素。
3.5.2 氧化锌电阻片老化引起的爆炸在国内尚未有具体的报道,但从其它类型的避雷器元件老化,从而造成避雷器热崩溃的问题上,氧化锌避雷也应引起足够的重视。
3.5.3 外部污秽可能引起瓷件表面电压分布不均匀,有可能使避雷器局部发热。为了耐受污秽,在泄漏距离的设计上,应明确其防污等级,多数厂家未能做到这一点。 

4、防止并联电容器组用的氧化锌避雷器的爆炸的措施
4.1 提高质量
提高产品质量,重视产品的结构设计、密封、总装环境等因素,并将产品的运行和故障信息及时反馈回生产厂家,使产品质量能够不断得到改善和提升。
4.2 正确选择
正确选择氧化锌避雷器的各种参数,是保证其可靠运行的关键。主要应从以下几方面着手:
4.2.1正确选择避雷器的额定电压
氧化锌避雷器的额定电压是表明其运行特征的一个重要参数,也是耐受工频电压能力的指标。在《交流无间隙氧化锌避雷器》(GB11032-89)中对它的定义为“施加到避雷器端子间最大允许工频电压有效值”。众所周知,氧化锌避雷器的电阻片耐受工频电压能力与系统最高电压、暂时过电压、持续时间及系统绝缘水平有关,在定义中未给出作用电压的持续时间,也未明确电压的确切概念,所以不够严谨,取值也偏低。
GBJ64-83修订送审稿中对3~66KV无间隙金属金属物避雷器的额定电压Ur作出规定,即Ur=1.4Um。我认为这个规定值比以往的规定有所提高,更符合实际的运行情况,建议按这个规定实施较为可行。
4.2.2正确选择避雷器的持续运行电压
持续运行电压也是氧化锌避雷器的重要特征参数,该参数的选择对其运行的可靠性有很大影响。但是在GB11032-89中,把持续运行电压等同于系统最高运行相电压,显然是偏低的。而应当将持续运行电压取值为1.1Um,或取为0.8Ur。
在3~66KV中性点不接地系统中,与将持续运行电压Uc取值为1.1Um 与0.8Ur,相差是不大的。我认为将持续运行电压Uc取值为0.8Ur,将更好理解,也更有关联,也就是其额定电压取值一定,则其持续运行电压也是确定的。
4.2.3 进行能量核算
一般认为,在3~66KV系统中开断并联电容器时,其高压端对地出现的过电压,约可达到4~5倍的相电压。
当厂家可提供避雷器产品的2ms方波冲击电流所对应的残压U2ms时,可按通流容量法验算所选避雷器是否满足容量为Q的并联补偿装置的放电要求。其公式为:
Q≤1.3U2I2ms/(Usm-U2ms)
式中:Usm=K√2 Um/√3;K为操作过电压的倍数,一般取为5;U为额定线电压;I2ms为通流容量,即2ms方波冲击耐受试验电流;U2ms为2ms方波冲击电流所对应的残压;Usm为未接入避雷器时的操作过电压峰值。
当厂家可提供避雷器极限吸收能力W`m时,可按耗散能量核算法进行验算,这里不再详细说明。
一般情况下,系统中的其它参数不变的情况下,通流容量I2ms与电容器容量Q间可建立起一个对应关系,如果一组避雷器无法满足时,可要求厂家供应满足放电容量的避雷器或同时装置两组避雷器来满足要求。
4.3 加强监测
加强监测,及时检出避雷器的缺陷,也是保证避雷器安全、可靠运行的重要措施之一。必须按照规程规定定期进行预防性试验,保证避雷器的完好性。除对避雷器进行常规的试验外,值得推行的是带电监测全电流和阻性电流,可用专门的测试仪进行不定期的检测。
4.4装设脱离器
为防止避雷器发生爆炸时引起事故的扩大,可在每只避雷器底部装设脱离器,当避雷器遭受异常电压作用或发生爆炸时,能及时脱离运行电网,避免事态的扩大。

 

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