李刚
河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡 453000
摘要：
随着真空断路器的广泛应用，为限制其操作过电压和避免受电设备绝缘损害，在限制过电压方面采取了许多措施，近几年来我国已研制开发了多种三相组合式有串联间隙或无间隙氧化锌避雷器，它们在相间和相地之间都连接有一定比例的电阻片或带火花间隙，是一种复合型避雷器，该过电压保护装置对相间过电压有比较好的保护作用。
关键词：过电压；避雷器；保护
0、引言 过电压保护器（以下简称保护器）是一种新型的过电压保护器，用于限制大气过电压和各种真空开关引起的操作过电压。在对相地之间的过电压提供保护的同时，又对相间过电压提供保护。
1、单相接地时过电压保护器运行状况分析
目前市场上使用最多的是三相组合式过电压保护器，这种保护器由四只氧化锌阀片单元组成，接成“四星形”接法。四只单元两两组合成完整的六只氧化锌避雷器，完成对相-地、相-相的过电压的保护。这种结构也大幅度降低了组合式保护器的制造成本，所需氧化锌阀片数为两只单独避雷器的阀片数。这种过电压保护器在市场运行十几年来，逐渐暴露出其弊端。
2、组合式过电压保护器参数设计
此种四星型结构存在中性点，会使地相承受过高的电压，导致地相损坏。由于真空断路器操作过程中产生的相间过电压是相地过电压的1.5-2倍，因此为了相间阀片单元的运行可靠性，不得不提高相间单元的U1mA电压，以降低阀片荷电率，这样可以满足绝缘配合要求。同时为兼顾相-地过电压的保护水平，在相间单元U1mA电压提高的同时，地相单元的U1mA值被降低。
3、系统接地时的组合式过电压保护器运行参数计算
在系统发生单相接地时，地相单元最高将承受75%相电压的作用，荷电率超过100%，这将使得地相单元在允许的单相接地故障时间内容易发生热崩溃。原来由整只避雷器承受相-地运行电压，现在要由1/2只避雷器来承担，另外每一相体元件只能承受二分之一的线电压，当任何一个元件发生损坏时，其他健全相氧化锌元件必将因无法承受全部的线电压而损坏，进而必然发展成系统相间短路事故（即所谓的“雪崩”效应），造成过电压保护器爆炸飞弧、烧毁柜体，甚至可能造成支路开关入线端短路，支路开关无法开断短路电流，迫使母线开关越级跳闸，造成大面积停电等严重后果。因电气结构如此，发生事故是必然的，无法避免的。这种三相四柱组合式过电压保护器，要求氧化锌阀片压比好、荷电率高、能容量大，这是产品设计制造的主要难点。以当时的氧化锌阀片制造水平而言，达不到应用要求。为此，这类“四星形”结构的产品，不得不装入火花间隙对氧化锌阀片单元进行保护。
4、带间隙组合式过电压保护存在的问题
串联绝缘间隙的引入，使得保护器的运行特性和保护特性不再由氧化锌阀片的非线性特性决定，而是由间隙的放电特性所决定。
响应速度、冲击系数、放电分散性、受外界环境影响等决定了其保护性能远低于无间隙氧间隙的化锌避雷器。
无在线监测和离线检验退出手段。这一问题带来的直接后果是大量在网上运行的有缺陷的产品无法有规则淘汰，一直运行到出故障才能发现，给电力系统安全运行带来严重威胁。由于绝缘间隙的隔离作用，影响这类产品运行安全的一个关键问题是不能实现有效的在线监测和离线检验。无法做直流U1mA参考电压下氧化锌阀片的泄漏电流试验，当氧化锌阀片的泄漏电流已经超出允许范围时，由于不能及时而发现最终导致爆炸。目前这类产品的例行试验和预防性试验主要是工频放电电压试验这一项，而这一试验的结果完全不能反应保护器内部的缺陷和隐患。
5、过电压保护器升级条件
近年来，新材料新工艺的应用，使大量的高压电气设备向紧凑型、小型化发展。配合真空浇注工艺，近20年来环氧树脂已作为主绝缘材料大量应用于变压器、互感器、绝缘子等领域，其电压等级范围也由10kV发展到35kV，正好适合组合式过电压保护器在中压领域的应用。通过紧凑化全绝缘处理，做到小型化，解决安装问题。
氧化锌元件的国家标准也进行了提高，氧化锌阀片的制造工艺也进一步提升；氧化锌阀片的性能近年来提高很快，配合六柱式结构，可以实现无间隙并保证安全运行。基于以上基础，一种新型的六柱全相双安全保护装置应运而生，这种装置采用六柱式结构，可以在单相接地情况下，安全运行。
6、六柱全相双安全保护装置的结构和技术优势
六柱全相双安全保护装置采用△/Y结构，Y型结构中性点直接接地，配合环氧树脂真空浇注工艺，使一特六柱保护器在内部结构上紧凑化，实现全绝缘处理，保证了产品的安全运行，解决了最初六柱式原理在开关柜中无法安装的问题。相间和相地为独立的氧化锌阀片单元组件，所有氧化锌阀片单元独立运行，不会引起四柱式结构中的连锁效应；六柱式结构无中性点存在，不存在地相单元容易发生热崩溃的隐患。
在GB11032-2000《交流无间隙金属氧化锌避雷器》标准中已经将元件设计参数进行了提高，如10kV电站型额定电压提高到17kV，持续运行电压提高13.6kV；35kV电站型额定电压提高到51kV，持续运行电压提高到40.8kV。持续运行电压实际上是按最高线电压来设计的，在线电压下运行其荷电率也不到75%，完全可以保证氧化锌阀片的安全运行。而大量在网上运行500KV及以上无间隙氧化锌避雷器，其荷电率在85%左右。因此在单相接地情况下，非故障相电压升高，对产品的安全性没有任何影响。
六柱式的无间隙结构设计，陡波响应特性好，无截波，对保护设备无不良影响；无放电时延，响应速度为纳秒量级，而带间隙组合式过电压保护器动作时间在ms级；动作稳定，没有间隙的固有缺陷，不存在间隙放电时环境影响问题，耐污秽，可用于高海拔。
6、结束语
随着氧化锌工艺的提升及装配工艺的发展，六柱式过电压保护装置将在性能参数、体积等方面继续优化，将以更加优异的性能服务于电力系统中，保证设备的安全性，增加供电的稳定性。
参考文献：
[1] 林鹏，周夏，高电压技术，2013，39(5):78一81.
[2] 李泽楷，金属氧化物避雷器，2008(2):3一6.
[3] 刘丹丹，工厂供电 [J]通用机械，2007(5):59