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氧化鋅避雷器的爆炸原因及防范措施


  1、氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器是用來保護電力系統中多種電氣設備免受過電壓損壞的電器。保護并聯電容器組的氧化鋅避雷器是氧化鋅避雷器應用的一個重要領域,并且是以絕對的無可爭議的優越性得到電力部門和使用單位的認同,但是該氧化鋅避雷器發生爆炸也是一個不容忽視的問題,認真分析其爆炸的原因,得悉其防范措施,是一個有著現實意義的事情。
 
2、并聯電容器組用的氧化鋅避雷器的特點:
2.1 裝設位置的分類:①中性點;②電源側;③與電容器并聯;④與電抗器并聯四類。
2.2從避雷器的角度看,電容器組是一個阻抗很小的設備,在電容器放電時將產生幅值大、陡度很高的放電電流。由于氧化鋅避雷器的高度的非線性特性,截斷超過保護水平的所有暫態過電壓,而將剩余電荷留在未被擾動的的電容器中。無間隙氧化鋅避雷器是非常適合保護并聯電容器組的。
 
3、并聯電容器組用的氧化鋅避雷器的爆炸原因分析
3.1額定電壓取值偏低
氧化鋅避雷器的額定電壓是表明其運行特性的一個重要參數,也是一種耐受工頻電壓能力的指標。通常避雷器的額定電壓應在對系統暫態過電壓的計算分析及樣本提供的工頻過電壓耐受時間特性曲線比較的基礎上,選擇避雷器的額定電壓。
在一定的電網電壓等級和設備絕緣水平下,避雷器的額定電壓越低,保護水平也越低,但保護裕度可以增大。所以我們平時就選用較低額定電壓的避雷器。
3.2持續運行電壓取值偏低
避雷器持續運行電壓還應該大于或等于該系統的最高相電壓,才能保證長時間運行下的熱穩定。現在各標準、規范、導則已統一意見,按系統最高電壓Um來選擇氧化鋅避雷器。
在GB11032-89中,無論是對額定電壓,還是持續運行電壓定義不夠嚴密,而且取值又偏低,造成以前保護電容器組氧化鋅避雷器頻繁爆炸。我分公司所轄的一個輸變電工區,僅一個站的保護電容器組用的氧化鋅避雷器,從2000年投產至2004年,就爆炸過4次。究其原因就是額定電壓和持續運行電壓取值偏低。
3.3選型有誤
有些生產單位會自己選擇購買避雷器,特別是在氧化鋅避雷器還不很普及的時候,以為與閥型的一樣,對其的特殊性無所適從。我也有這樣的體會,那是在九十年代末期,我所在的工區更換10KV線路的舊式閥型避雷器,幾個站用的全部由上級單位訂購。我們初期更換時,便不加選擇地予以更換,及至發現有區別時,已為時往矣。
3.4未進行能量核算
通流容量是由SiC避雷器沿用下來的概念,即2ms方波沖擊耐受試驗電流。電容器用避雷器的特殊之處,在于它要承受電容器的放電能量,因此在設計中需進行能量核算。但是在制造廠通常提供的產品資料中,往往缺乏進行能量核算所必需的數據,例如2ms方波沖擊電流所對殘壓U2ms、避雷器的極限吸收能量W/m等。按規程規定,電容器的儲能小于氧化鋅避雷器的通流能力時才可用氧化鋅避雷器限制過電壓。不進行通流能量的核算,如選擇通流能力偏小,極易造成避雷器“不堪重負”而爆炸。 
3.5受潮、老化、污穢的影響

3.51 受潮的原因主要與產品的生產、運輸等有關。受潮的途徑有兩個:一是密封不良使潮氣或水分侵入,密封墊的質量和組裝工藝是關鍵;二是產品元件受潮或裝配車間不合格造成的。隨著質量觀念的加強,多數廠家把生產質量放在第一位,加上檢測設備的不斷完善,受潮問題已不是爆炸的主要因素。
3.5.2 氧化鋅電阻片老化引起的爆炸在國內尚未有具體的報道,但從其它類型的避雷器元件老化,從而造成避雷器熱崩潰的問題上,氧化鋅避雷也應引起足夠的重視。
3.5.3 外部污穢可能引起瓷件表面電壓分布不均勻,有可能使避雷器局部發熱。為了耐受污穢,在泄漏距離的設計上,應明確其防污等級,多數廠家未能做到這一點。 

4、防止并聯電容器組用的氧化鋅避雷器的爆炸的措施
4.1 提高質量
提高產品質量,重視產品的結構設計、密封、總裝環境等因素,并將產品的運行和故障信息及時反饋回生產廠家,使產品質量能夠不斷得到改善和提升。
4.2 正確選擇
正確選擇氧化鋅避雷器的各種參數,是保證其可靠運行的關鍵。主要應從以下幾方面著手:
4.2.1正確選擇避雷器的額定電壓
氧化鋅避雷器的額定電壓是表明其運行特征的一個重要參數,也是耐受工頻電壓能力的指標。在《交流無間隙氧化鋅避雷器》(GB11032-89)中對它的定義為“施加到避雷器端子間最大允許工頻電壓有效值”。眾所周知,氧化鋅避雷器的電阻片耐受工頻電壓能力與系統最高電壓、暫時過電壓、持續時間及系統絕緣水平有關,在定義中未給出作用電壓的持續時間,也未明確電壓的確切概念,所以不夠嚴謹,取值也偏低。
GBJ64-83修訂送審稿中對3~66KV無間隙金屬金屬物避雷器的額定電壓Ur作出規定,即Ur=1.4Um。我認為這個規定值比以往的規定有所提高,更符合實際的運行情況,建議按這個規定實施較為可行。
4.2.2正確選擇避雷器的持續運行電壓
持續運行電壓也是氧化鋅避雷器的重要特征參數,該參數的選擇對其運行的可靠性有很大影響。但是在GB11032-89中,把持續運行電壓等同于系統最高運行相電壓,顯然是偏低的。而應當將持續運行電壓取值為1.1Um,或取為0.8Ur。
在3~66KV中性點不接地系統中,與將持續運行電壓Uc取值為1.1Um 與0.8Ur,相差是不大的。我認為將持續運行電壓Uc取值為0.8Ur,將更好理解,也更有關聯,也就是其額定電壓取值一定,則其持續運行電壓也是確定的。
4.2.3 進行能量核算
一般認為,在3~66KV系統中開斷并聯電容器時,其高壓端對地出現的過電壓,約可達到4~5倍的相電壓。
當廠家可提供避雷器產品的2ms方波沖擊電流所對應的殘壓U2ms時,可按通流容量法驗算所選避雷器是否滿足容量為Q的并聯補償裝置的放電要求。其公式為:
Q≤1.3U2I2ms/(Usm-U2ms)
式中:Usm=K√2 Um/√3;K為操作過電壓的倍數,一般取為5;U為額定線電壓;I2ms為通流容量,即2ms方波沖擊耐受試驗電流;U2ms為2ms方波沖擊電流所對應的殘壓;Usm為未接入避雷器時的操作過電壓峰值。
當廠家可提供避雷器極限吸收能力W`m時,可按耗散能量核算法進行驗算,這里不再詳細說明。
一般情況下,系統中的其它參數不變的情況下,通流容量I2ms與電容器容量Q間可建立起一個對應關系,如果一組避雷器無法滿足時,可要求廠家供應滿足放電容量的避雷器或同時裝置兩組避雷器來滿足要求。
4.3 加強監測
加強監測,及時檢出避雷器的缺陷,也是保證避雷器安全、可靠運行的重要措施之一。必須按照規程規定定期進行預防性試驗,保證避雷器的完好性。除對避雷器進行常規的試驗外,值得推行的是帶電監測全電流和阻性電流,可用專門的測試儀進行不定期的檢測。
4.4裝設脫離器
為防止避雷器發生爆炸時引起事故的擴大,可在每只避雷器底部裝設脫離器,當避雷器遭受異常電壓作用或發生爆炸時,能及時脫離運行電網,避免事態的擴大。

 

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