根据现场爆炸情况及抽样试验结果分析,认为这种型式避雷器爆炸原因如下。但是这些避雷器都是在晴天无雷或雨后天晴时爆炸的,均属于非正常动作。(二) 阀片受潮华东某地区10kV阀式避雷器,其事故的80%以上为瓷套内空腔中空气的呼吸效应导致阀片元件受潮而发生爆炸的。在预防性试验过程中,有10%以上的10kV阀式避雷器因内部放电间隙烧损、绝缘件受潮而导致工频放电电压不合格;在运输、储存、安装过程中,大约有7%的避雷器损坏。......
2023-06-27
防止避雷器爆炸的有效方法
【摘要】：综上所述,可以认为目前用FS—10型避雷器暂时取代FZ—10型避雷器,是防止继续发生爆炸事故的临时措施之一。对10kV避雷器,应满足条件 、,也就是说,10kV避雷器的工频放电电压下限值,主要决定于切断比。为从根本上解决FZ—10型避雷器爆炸问题走出了一条新路。
由于FZ—10型避雷器的SiC 并联电阻不能满足在过电压条件下的热稳定性,而10kV中性点不接地系统出现过电压的几率又较高,因此FZ—10型避雷器爆炸的可能性就会时有发生,所以可以认为带有SiC并联电阻的FZ—10型避雷器,不适于装设在变电站的母线上。也就是,建议将现有变电站母线上运行的FZ—10 型避雷器全部退出运行。那么,10kV配电装置的过电压保护应采取什么措施呢? 建议采用三种办法:
1.暂用FS—10型避雷器取代FZ—10型避雷器
众所周知,发电厂配电所电气设备的内绝缘的冲击试验电压,是和普阀型避雷器的残压相配合的,鉴于FZ—10 型避雷器5k A 下的残压U5kA为45kV,FS—10 型避雷器5k A 下的残压U5kA为50kV,相差较小。
而变电站过电压保护设施是较齐备的,除各级电压的设备都装有避雷器保护外,还装有避雷针,10kV配电线装有大量的FS—10 型避雷器。从实际运行经验来看,不少县内的变电站母线上并未装设FZ—10型避雷器,而装设的FS—10 型避雷器并未发生过因变电设备采用该型避雷器保护,受到过电压的侵害而损坏的事故。
综上所述,可以认为目前用FS—10型避雷器暂时取代FZ—10型避雷器,是防止继续发生爆炸事故的临时措施之一。
2.将FZ—10型避雷器的并联电阻拆除
既然SiC并联电阻是FZ—10型避雷器爆炸的导火索,是否可以设想将FZ—10型避雷器SiC 并联电阻拆除呢? 现探讨如下:
从理论上讲,由于间隙的电极片对地和对高压端盖的杂散电容的存在,将使每个间隙间的电压分布不均匀,造成避雷器整体的工频放电电压,低于单个间隙的工频放电电压算术和。对不带并联电阻的避雷器,为使整个避雷器的工频放电电压满足技术条件的要求,厂家在设计时将计算间隙数的工频放电电压增加15%,火花间隙数ni按下式决定
式中 Ugp——避雷器平均工频放电电压,kV;
Ugd——单个火花间隙工频放电电压,kV。
K=1.15 (原因见上述)。
对FS—10 型避雷器而言,将Ugp=28.5kV;Ugd=3kV代入上式,可得间隙数为11 个。而FS—10型避雷器火花间隙数的确定方法也是如此,只不过为了装设并联电阻方便,而将间隙数取偶数(10个)。
另外,避雷器工频放电电压的下限值,必须同时满足两个条件:
(1)为保证间隙可靠地灭弧,不应小于避雷器的灭弧电压与切断比的乘积。
(2)应保证避雷器在内过电压下不动作。
对10kV避雷器,应满足条件 (1)、(2),也就是说,10kV避雷器的工频放电电压下限值,主要决定于切断比。厂家在设计时取切断比为2,按技术条件要求,只要保证10kV避雷器 (无论是FZ—10型还是FS—10型)工频放电电压的下限不低于26kV,就保证了灭弧性能。即UgFXX≥灭弧电压×切断比=12.7×2=25.4(kV)
至于冲击放电性能是由工频放电电压和冲击系数决定的。单个间隙的冲击系数为1.1左右,完全能满足技术条件的要求。
避雷器装设并联电阻的作用,就是使放电间隙的电压分布均匀,以改善工频和冲击放电特性。我们知道,避雷器间隙的电压分布是否均匀,由间隙之间的电容和间隙的电极片对地或对高压端盖的电容,即所谓电容链决定的。电容量的大小决定于下式
即电容量与介质的相对介电系数成正比,与距离成反比。由于间隙间的介质主要是云母,其相对介电系数εr为7,每对间隙间距离仅1mm 左右,而间隙对地或对高压端盖间介质主要是空气,其相对介电系数εr为1,间隙电极片对地或对端盖的距离,随电极片所处的位置不同而不同,但都远大于间隙间距离。
因10kV避雷器间隙总数不大于11 个,主电容又大于杂散电容很多,故杂散电容对电压分布虽有影响,但远不如对电压等级更高的避雷器影响那么大,所以FS—10 型避雷器没有SiC 并联电阻,各项性能也完全能满足技术条件的要求。
关于杂散电容对间隙串上电压分布影响,可用图3-3表示。
因为电压的不均匀分布,会使灭弧不利和使工频放电电压下降,电压等级越高,间隙数量越多,这个现象越严重。如前所述,对10kV避雷器而言,由于间隙数量少,电压分布的不均匀程度没有那么严重,再加上可以用增加一个间隙的办法,使避雷器满足技术条件的要求。这也正是FS—10型避雷器没有装设并联电阻,也能够大量地用于电力系统中,并发挥着过电压保护作用的原因所在。因此,对于FZ—10型避雷器,也可以设想将SiC并联电阻拆除,用1～2mm 厚树脂绝缘板做成并联电阻形状,固定在原位置,以保证内部火花间隙不错位,能正常工作(必要时也可增加一对间隙)并进行鉴定试验,满足技术条件要求后投入使用。因FZ—10型避雷器加大了阀片直径,提高了续流,若拆除并联电阻后,能满足技术条件要求,定期又可进行工频放电试验(有并联电阻不做),考核工频放电电压值,性能可能会比FS—10型更好一些。
图3-3 杂散电容对间隙电压分布的影响
(a)理想分布;(b)对地杂散电容影响后分布;(c)对端盖杂散电容影响后分布;(d)杂散电容综合影响分布
3.采用有串联间隙的金属氧化物避雷器
随着科技的进步,用金属氧化物避雷器取代碳化硅避雷器,已是大势所趋。但由于中性点不接地系统内过电压持续时间长、倍数高,同样对金属氧化物避雷器有较大的威胁,也是一个值得研究的课题。
据报道,西安电瓷研究所与西安高压电瓷厂等单位协作,集中无间隙金属氧化物避雷器和SiC 避雷器的优点,研制了一种有串联间隙的10kV金属氧化物避雷器,并通过了各项试验和鉴定,已在试运行。为从根本上解决FZ—10型避雷器爆炸问题走出了一条新路。几年来,国内许多单位陆续安装了一批有串联间隙的金属氧化物避雷器,收到良好效果。目前已有3～35kV系列产品。
采用有串联间隙的金属氧化物避雷器的优点如下:
(1)运行电压不直接加在阀片上,不存在无间隙金属氧化物避雷器阀片老化和稳定问题。
(2)通过有串联间隙的金属氧化物避雷器的续流几乎为零,提高了灭弧性能,不像碳化硅避雷器那样间隙要切断工频续流。
(3)提高了阀片的通流能力,并改善了陡波保护特性。
(4)电站型的有串联间隙的金属氧化物避雷器,可以不用并联非线性电阻均压,从而从根本上消除FZ型避雷器因均压电阻过载而发生爆炸的可能。
(5)有串联间隙的金属氧化物避雷器可在大气过电压下可靠动作与灭弧,内过电压下不动作,且其性能与FZ—6～10 基本上相同,但残压较低,约低20%。
(6)有串联间隙的金属氧化物避雷器,其结构简单、零部件较FZ 型少,体积小 (约为FZ—6～10型避雷器的1/5),有利于在开关柜内布置与安装;重量轻 (约为FZ—10型避雷器的1/8),且采用了较成熟的制造工艺,能充分保证其质量的长期稳定性。
根据行业标准《交流有串联间隙金属氧化物避雷器》(ZBK49005—90),有串联间隙的金属氧化物避雷器的电气特性如表3-5所示。其选择方法与普通阀式避雷器相同。在一般情况下,其额定电压应符合下列要求:
(1)110kV及220kV有效接地系统不低于0.8Um。
(2)3kV～10kV和35kV、66kV系统分别不低于1.1Um和Um;3kV及以上具有发电机的系统不低于1.1Um·g,其中Um·g为发电机最高运行电压。
(3)中性点避雷器的额定电压,对3kV～20kV和35kV、66kV系统,分别不低于0.64Um和0.58Um;对3kV～20kV发电机,不低于0.64Um·g。
华南电网某供电局原安装FYS—10型无间隙金属氧化物避雷器,运行不到1年就有27%发生爆炸,后来改装有串联间隙的10kV金属氧化物避雷器,运行中未出现异常现象。截至1992年的统计,华南某省运行的400多只有串联间隙的金属氧化物避雷器未曾发生过异常现象。
现场采用有串联间隙的金属氧化物避雷器也收到良好效果,例如,西北某供电局的一个变电所6kV系统多次出现谐振过电压,FZ—6型避雷器多次发生爆炸或并联电阻烧断及老化情况。后采用Y5C1—7.6/30型有串联间隙的金属氧化物避雷器,运行不到1 年,6kVⅡ段母线避雷器动作17次,其中C相就动作14次,预防性试验结果表明,避雷器性能正常。
为保证有串联间隙的金属氧化物避雷器可靠工作,在预防性试验中应测量其工频放电电压,其方法如下。
(1)行业标准法。
在行业标准ZBK49005—90中指出,工频放电电压试验应在完整的避雷器上进行,施加到试品上的电压应从零开始,在高压侧能准确读数的条件下,均匀地升到试品间隙放电为止。每次放电后,应在0.2s内切断工频电源。通过试品的工频电流应限制在0.05～0.2A (有效值)范围内。每两次试验的时间间隔应不小于10s。
表3-5 有串联间隙金属氧化物避雷器电气特性
(2)示波器法。
用示波器法测量避雷器工频放电电压的接线如图3-4所示。科研单位、避雷器检测中心大都采用此方法。测量时,需要记忆示波器或波形记录仪,方法复杂,不能立即读值。另外,在测试中无法做到对试验电源的实时控制,操作起来比较麻烦,无法在现场中普遍采用。
图3-4 用示波器法测量避雷器工频放电电压接线图
R—保护电阻;T1—自耦调压器;T2—试验变压器;R1—分流器;MOA—避雷器;C1、C2—分压器;
OSC—示波器
(3)测控仪法。
为准确方便测量有串联间隙金属氧化物避雷器的工频放电电压,某公司研制出DV—1型避雷器放电电压测控仪,其测量接线如图3-5所示。
试验程序为:操作人员根据分压器的分压比或TV 变比确定测控仪外变比值,并通过拨盘输入到测控仪。接通试验电源,按一下测控仪复位钮使测控仪进入测量状态,操作人员就可操作调压器升压。当电压升到一定值避雷器放电后,测控仪将自动锁定工频放电电压值,自动发出信号切断试验电源,并发出声响告知操作人员试验完毕,可将调压器回零。表3-6为对某厂产品的测试结果,将用示波器测试结果与用测控仪的相比较可见两者基本相同。
图3-5 用DV—1型避雷器放电电压测控仪测量工频放电电压接线图
KM—接触器,其他同图3-4
表3-6 有串联间隙避雷器工频放电电压实测结果 单位: kV
4.采用红外诊断
FZ型阀式避雷器受潮、并联分路电阻老化、断裂、阀片老化等都会导致其发热,因此可采用红外诊断进行分析判断。判断时可按电力行业标准《带电设备红外诊断技术应用导则》(DL/T 664—1999)推荐的表3-7中的规定执行。当热像异常或相间温差超过表3-7规定时,应用其他试验手段确定缺陷的性质及处理意见。
现场采用红外诊断对发现FZ型阀式避雷器故障收到良好效果,例如,某FZ—110型避雷器,用红外热像仪实测第1、2、3节元件的发热部位温度分别为26.23℃、19.81℃、25.21℃、正常相为21.25℃。可见元件发热程度不符合自上而下依次降低的规律,属异常热像,且温升和相间温差超过表的规定,属重大缺陷。从热像判断第二节元件内部受潮。
表3-7 FZ型避雷器允许的工作温升及相间温差参考值
注 1.配电型普阀避雷器正常时接近环境温度,凡出现热区者均属异常。
2.允许工作温升的大值适用于室内设备,小值适用于无风条件下的室外设备。
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