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過電壓保護器安全隱患分析及改造

文檔作者：劉曉峰文檔來源：山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月16日
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總第152期
2015年第10期
應用技術
機械管理開發(fā)
M ECHANICAL M ANAGEM ENT AND DEVELOPM ENT
過電壓保護器安全隱患分析及改造
劉曉峰
(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦， 山西晉城048000)
Total of 152
No．10 2015
摘要：帶火花間隙的組合式過電壓保護器，由于有間隙的存在，無法做直流1 mA下的電壓U 1 mA
及0．75 U 1 mA下的泄漏電流檢測， 只能做絕緣電阻與工頻放電試驗，也就不能從預防試驗的角度來
判斷氧化鋅閥片是否受潮或老化，給用戶單位帶來巨大隱患，就此提出改造措施以保證運行平穩(wěn)。
關鍵詞：帶放電間隙過電壓保護器；老化；熱崩潰
中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1003．773X(2015)10．0042．03
DoI：10．16525／i．cnki．CR14—1134／th．2015．10．015
引言
過電壓保護器又稱組合式避雷器，是近十多
年出現(xiàn)的專用于35 kV 以下成套柜內，就近與真
空開關配套的過電壓限制設備，主要用于防止由
真空開關產(chǎn)生的操作過電壓對電力設備的侵害，
同時兼有防雷的功能?？捎行У乇Ｗo母線、真空
開關、電動機、發(fā)電機、電容器組等電力設備的絕
緣不受損害，對相間和相地的過電壓均起到可靠
的限制作用。從原理上講1臺三相組合式過電壓
保護器可起到6臺普通避雷器的作用。義安礦業(yè)
部分變電站高壓開關柜裝有“四星形”接線的過電
壓保護器，每年雷雨季節(jié)來臨前都對各變電站避
雷器做一次預防性試驗，試驗合格的投入運行，不
合格的進行更換。但從近幾年實際運行中發(fā)現(xiàn)，
當系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地引起故障時，幾乎都是這類
組合式產(chǎn)品發(fā)生過崩潰，而單只氧化鋅避雷器完
好。這也驗證了許穎教授在《3～66 kV交流無間
隙金屬氧化物避雷器持續(xù)運行電壓技術參數(shù)問
題》一文中的描述，換言之，也就是在“四星形”接
線中，4個元件的額定電壓為0．5倍標準單只避雷
收稿日期：2015一O9—16
作者簡介： 劉曉峰(1989一)， 男， 山西高平人，
助理工程師，現(xiàn)在山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司
伯方煤礦從事機電技術管理工作。
器的額定電壓，要保證“四星形”接線組合式過電
壓保護器可靠運行l(wèi)1]，4個元件的額定電壓要提高
到0．662倍標準單只避雷器的額定電壓，保護水
平提高到1．324倍，但TOV耐受能力與保護水平
形成了固有的矛盾，所以兩者不能兩全，難以滿足
正常絕緣配合的需求_2]。
1 有間隙過電壓保護器存在的問題
1)有問隙過電壓保護器電氣原理如下頁圖1
所示，從原理圖可看出，這類產(chǎn)品為四柱式結構，
采用“四星形”接法，兩個單元分擔運行電壓，當一
只單元損壞時會導致其他單元迅速損壞，這種連
鎖反應最終會導致相問短路使得事故擴大。對于
無間隙“四星形”接線中，閥片的荷電率較高，老化
較嚴重，若簡單沿用GB11032參數(shù)來設計“四星
形”過電壓保護器，出現(xiàn)單相接地故障時，組合式
產(chǎn)品的T0V耐受能力將比單只氧化鋅避雷器降
低1／3，如果氧化鋅避雷器按3．5 p．U值來設計，則
組合式產(chǎn)品只能達到2．3 P．U。顯然，在中性點不
接地系統(tǒng)中(一般最大過電壓不超過3．5 p．u)，出
現(xiàn)2．3 p．u過電壓的機率要比3．5 p．U高，這是組
合式過電壓保護器事故率遠高于單只氧化鋅避雷
器的主要原因，這也從實際運行中驗證了這一點；對
于帶串聯(lián)間隙“四星形”接線中，加入火花間隙對氧
化鋅閥片單元進行了保護，使氧化鋅電阻的荷電率
為零，雖然提高了產(chǎn)品的使用壽命，但由于間隙的存
2015年第10期
劉曉峰：過電壓保護器安全隱患分析及改造
在很難做到穩(wěn)定且存在沖擊系數(shù)，所以對高頻的操
作過電壓起不到很好的限制作用。由于產(chǎn)品穩(wěn)定
性得不到保證，間隙放電分散性大，所以產(chǎn)品在實際
運行中故障率偏高，并容易造成事故擴大。
圖1 有間隙過電壓保護器電氣原理
2)加人間隙的固有缺陷。過電壓保護器由于
火花間隙的加入，保護特性不再由氧化鋅電阻的非
線性特性決定，而是由間隙的放電特性所決定，這導
致過電壓保護器相應速度遠低于無間隙氧化鋅避
雷器，絕緣配合非常困難，大大降低了產(chǎn)品的保護性
能。由于有間隙的存在，在正常狀態(tài)下氧化鋅閥片無
法形成監(jiān)測回路，無法測試氧化鋅閥片是否受潮或老
化，只能等發(fā)生事故后退出運行，給用戶帶來隱患。
3)制造工藝復雜，產(chǎn)品穩(wěn)定性得不到保證。
制造帶間隙的組合式過電壓保護器均采用套筒結
構，間隙與閥片安置在環(huán)氧套筒里或塑料底盒里。
這類產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家簡單使用密封膠把間隙周圍
進行密封，沒有做專門的密封設計，由于內部間隙
有空氣存在，過電壓保護器動作時放電膨脹會產(chǎn)
生“呼吸”現(xiàn)象，導致間隙與閥片受潮，時間一長就
會造成閥片老化，從而引發(fā)間隙和閥片被擊穿，發(fā)
生事故，產(chǎn)品運行中密封失效已成為這類產(chǎn)品事
故率高的另一個原因。
4)大部分用戶單位未配置放電計數(shù)器或在線
監(jiān)測儀，運行中是否作用于戶單位不清楚。如果配
置了這些附件，動作次數(shù)也只能反映間隙的壽命，但
是無法得知氧化鋅閥片的老化及損壞情況。
3 過電壓保護器與避雷器的預防比較(見表1)
從表1中可以看出，過電壓保護器加入間隙
后，只能做絕緣電阻與工頻放電試驗，嚴禁做直流
1 mA參考電壓及0．75參考電壓(1 mA)下的泄漏
電流試驗，即無法判別氧化鋅閥片的好壞。過電
· 43 ·
表1 有間隙過電壓保護器與單只無間隙
氧化鋅避雷器的預防試驗項目
序號 試驗項目 有 間隙(無并 無間隙
聯(lián)電阻)
1 測量絕緣電阻／Ma √ √
2 測量直流1 mA參考電壓／kV
3 測量 75 參 考電壓 (1 mA) √
下泄漏電流( A)
4 測量工頻放電電壓／kV √
注：有間隙嚴禁做直流1 mA參考電壓試驗；無間隙嚴禁做工
頻放電電壓試驗。
壓保護器做工頻放電試驗原理是取三次放電電壓
的平均值與出廠安裝使用說明書的技術參數(shù)值進
行比較，在合格范圍內就判定正常。但是該項試
驗的本質就是做了間隙的動作電壓，與氧化鋅閥
片的泄漏電流無任何聯(lián)系。假設過電壓保護器氧
化鋅閥片已經(jīng)受潮或老化，但放電間隙正常，做工
頻放電試驗也會合格，此時的過電壓保護器就像
被貼了合格證的定時炸彈在高壓開關柜中運行，
一旦發(fā)生過電壓時就會使過電壓保護器出現(xiàn)熱崩
潰甚至爆炸事故。由于放電間隙的存在，目前還
沒有任何試驗手段對過電壓保護器氧化鋅閥片進
行檢測，也無法預知過電壓保護器何時發(fā)生事故。
4 改造措施
根據(jù)考察、調研、查閱相關資料，并借鑒國內
外多年來的實踐經(jīng)驗，義安礦業(yè)引進一種新型的
六柱全相雙安全保護裝置，如下頁圖2所示，該產(chǎn)
品為無間隙“六元件”結構，采用“y一△ ”接線，相
地3只接成y形接法，保護相地過電壓，相間3只
接成△ 形接法，保護相間過電壓，6只氧化鋅避雷
器的參數(shù)選擇與標準單只氧化鋅避雷器的參數(shù)完
全一致，3只相對地氧化鋅避雷器就是標準氧化鋅
避雷器的運行工況，3只相間氧化鋅避雷器不承受
接地故障時過電壓的作用，這使得相間氧化鋅避
雷器比相對地氧化鋅避雷器有著更高的運行安全
性和可靠性[4]。這種新的組合方式完全保持了無
間隙氧化鋅避雷器的優(yōu)異特性，即時響應快，相間
和相地為獨立的氧化鋅閥片單元組件，所有氧化
鋅閥片單元獨立運行，不會引起四柱式結構中的
連鎖效應；并通過環(huán)氧樹脂真空澆注工藝解決了
產(chǎn)品的密封問題；沒有了間隙的固有缺陷，不存在
間隙放電電壓受內外環(huán)境影響的問題；結構緊湊、
運行可靠，外形及安裝尺寸與“四星形”結構完全
C o_●+
B o_●◆
A 0_●◆
· 44 ·
機械管理開發(fā)
jxglkfbjb@126．com
一樣，易于實現(xiàn)在線監(jiān)測及預防性試驗，保證產(chǎn)品
的運行安全性和可靠性。義安礦業(yè)從2012年開
始對部分變電站改造更換為一特六柱全相雙安全
保護裝置，到目前運行狀況平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何異
?，F(xiàn)象。
A
B C
第30卷
雷器星形連接后經(jīng)第四臺避雷器接地的接線方
式”，其保護效果差，事故率高。
2)“四星形”接法的組合式過電壓保護器，無
論是否有間隙，在單相接地故障時，過電壓耐受能
力較差，難以滿足正常絕緣配合的需求 引。
[1]
[2]
[3]
圖2 六柱全相雙安全保護裝置
5 結論 [4]
1)目前市場上的主流產(chǎn)品為采用“四星形”接
法的帶間隙組合式過電壓保護器，即“采用三臺避
參考文獻
許穎．3～ 66KV交流無間隙金屬氧化物避雷器持續(xù)運
行電壓技術參數(shù)問題EJ]．電網(wǎng)技術．1996(6)：35—39．
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李學思．三相組合式氧化鋅避雷器[J]．電瓷避雷器．
1989(1)：11-17．
(編輯：趙琳琳)
Hidden Danger and Reform of Over-voltage Protector
Liu Xiaofeng
(Bofang Coal Mine of Lanhua Technology and Career Co．，Ltd．，Jincheng Shanxi 048000)
rAbstract]With modular over-voltage protector of spark gap，because there is a gap which can’t do dc voltage UlmA under l mA
and leakage current test under 0．75 UlmA ，can only make insulation resistance and discharge power frequency test，also cannot
from the angle of the prevention trial to determine zinc oxide valve plates will be affected with damp be affected with damp or ag—
ing，brings huge hidden trouble to the user unit，modification measures are proposed to ensure the smooth operation．
[-Key words]over-voltage protector with the spark gap；burn—in；heat collapse
(上接第26頁)
3 結語
提出了斷代保護裝置的設計方法，介紹了其
結構功能，利用ANSYS軟件對保護裝置的摩擦塊
進行了優(yōu)化設計，找出了最優(yōu)解，優(yōu)化后摩擦塊質
量，最大位移量均減少了10 左右。
參考文獻
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[3] 李增剛．ADAMS人門詳解與實例[M]．北京：國防lT
業(yè)出版社，2006．
(編輯：苗運平)
Dynamics Analysis of Hydraulic Belt-broken Protection Device
Liu Xiansuo ．GUO Yudong
(1．Xinju Coal Equipment Co．，Ltd．of Huozhou Coal Electricity Group，Linfen Shanxi 031499；
2．M echanical Engineering Couege of Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi 030024)
[Abstract]This paper puts forward a new type of hydraulic drive belt conveyor fault belt protection device and introduces the
structure and working principle．Put the three—dimensional solid model which is established by Pro／E into Ansys，parameter opti—
mization of the friction block structure is provided．The analysis results show that the device has strong protection catch force ，
quick reaction and the device design iS reasonable and reliable．
[Key words]hydraulic drive；belt—broken protective device；friction block；parameter optimization

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