断路器的操作过电压是由于电路中存在电感电容储能元件

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断路器的操作过电压是由于电路中存在电感电容储能元件，在开关操作瞬间释放出能量，在电路中产生电磁振荡而引发的。而真空断路器由于具有高速灭弧能力，在切断电路时，往往在电流过零前被强行开断，在断弧瞬间储藏在负载内的电感与电容之间的电磁能量转换将在负载上产生过电压，这比一般断路器要突出，尤其在最先断开相触头间，有可能因过电压引起电弧重燃，而产生更大的过电压。在感性负载中，这种过电压幅值高，上升陡度快，频率也高，这无疑对电动机等感性负载的绝缘是十分危险的，总之，真空断路器不管出现那种过电压都会对设备不利，严重地威胁着安全生产运行。
　　真空断路器在开断电动机等感性负载时产生的波陡度很大，幅值很高，直接威胁感性负载的匝间绝缘，是造成电动机等设备损坏的重要原因之一，故对真空断路器操作过电压抑制措施进行研究是必要的，只有采取适当的保护措施，从降低过电压幅值和波陡度（du/dt）这两方面考虑，就能有效抑制或减轻其危害，这对广泛推广真空断路器的应用将起到积极的推动作用。目前抑制过电压的措施有两种，一种是限制过电压幅值的避雷器，另一种是降低过电压振荡频率的阻容（R——C）过电压吸收器。
一、氧化锌避雷器（MOA）。
众所周知，这种避雷器主要优点是具有非常优良的非线性伏安特性，续流小，残压低，体积小，重量轻，安装方便。但传统的无间隙MOA在运行中存在以下弊病:
　　 1）热老化问题;
　　 2）为降低放电后残压值，其持续运行电压选择偏低，当出现单相接地运行时其承受√3倍的相电压，致使荷电率上升，易损坏甚;
　　 3）冲击放电电压和相间残压值偏高，不利于保持设备的相间绝缘。针对以上问题，一些厂家已推出有带间隙的氧化锌避雷器，笔者认为在选用上应优先考虑。
1、带串联间隙的MOA。这种避雷器与传统的阀式避雷器结构差不多或基本相同。由于氧化锌阀片具有非常优良的非线性伏安特性，续流非常小，一般在1mA以下，可以认为无续流，另外，由于有串联间隙存在，在正常运行电压下，氧化锌可以不加考虑。另外这种MOA的残压值较低，可用于电力变压器等耐压水平较高的设备的过电压防护。
配电用带串联间隙MOA和无间隙MOA的参数比较举例:
类别 型号 系统额定电压 持续运行电压 标称电流下最大残压 比较
无间隙 Y5WS-7.6 6 4 34.5 >29.694
Y3WD-12.7 10 6.6 57.5 >42.42
有间隙 Y5CS-7.6 6 4 27 <29.674
Y5CS-12.7 10 6.6 45 >42.42
注: 变压器绝缘耐压试验标准（峰值）: 29.694kV(Un=6kV),42.42kV(Un=10kV)
2、带并联间隙的MOA。带并联间隙的结构是将阀片分为主阀片RI和并联阀片R2，R1和R2串联，在R2上有并联间隙G。在正常电压下，G不放电，电压加在R1和R2上，运行安全可靠，过电压作用时，避雷器上的残压还未达到技术条件规定值之前，G放电，R2被短路，避雷器的残压完全由R1上的残压所决定，所以残压比较低，保护性能也比较好，用于保护电动机是适宜的。
3、保护旋转电机用并联间隙MOA与无间隙MOA的参数比较:
类别 型号 电机额定电压 持续运行电压 标称电流下最大残压 比较
无间隙 Y3WD-7.6 6.3 4 19 >18.382
Y3WD-12.7 10.5 6.6 31 >29.694
有间隙 Y3BD-7.6 6.3 4 16.2 <18.382
Y3BD-12.7 10.5 6.6 26.4 <29.694
注: 高压电机绝缘耐压试验标准（峰值）: 18.382kV(Un=6.3kV),29.694kV(Un=10.5kV)
二、阻容保护器。
　　阻容保护器是一种保护效果较好的措施，只要阻容参数选择妥当，就可降低恢复电压上升陡度，降低振荡频率，减少负载波阻抗，就能有效降低过电压幅值。电容C的作用，除可降低过电压幅值外，主要用以减缓过电压上升陡度，因为这种过电压在极短时间内发生，du/dt很大，容易造成电机进线绕组匝间击穿。所以要降低匝间电压并使匝间电压分布均匀。另外达到降低波阻抗，降低截流过电压之目的。电阻R则起消耗高频振荡电能，抑止截流过电压幅值的作用。由于负载等效电感和开关的截流值等参数难以查找和实测，难以准确选择阻容参数。根据经验，一般吸收电容选0.1～0.3μF/相，吸收电阻选100～200Ω/相，功率以不小于100W为宜。但值得注意的是，如果摘 要]为了减少输电线路的雷击跳闸次数，在输电线路的雷击区安装线路避雷器，可以提高线路的抗雷水平。本文介绍了线路避雷器的防雷原理，并对广州花都供电分公司部分挂网运行了3a的线路避雷器进行了跟踪分析，对线路避雷器的防雷效果进行了探讨。
[关键词]输电线路 雷击 线路避雷器 效果
1引言
　　近几年来，雷击引起的输电线路掉闸故障日益增多，从实际运行经验表明，输电线路的故障一半以上是雷电引起的。为了减少输电线路的雷击故障，通常采用多种的防雷措施，一般有: 架设避雷线; 降低杆塔接地电阻; 架设耦合地线; 提高线路的绝缘水平等等，取得了一定的防雷效果。但常规的防雷保护措施仅能部分地降低线路雷击跳闸率，一些高土壤电阻率的线路杆塔、绕击雷对线路造成影响及线路雷击区防雷问题上，仍没有找到比较好的解决方法。
　　将线路避雷器安装在输电线路的易击区，是一种有效的线路防雷措施，在美国、日本等国已有十多年的运行历史，取得了很好的效果。从2000年开始，广州花都供电分公司对二条雷击跳闸率较高的110kV输电线路安装了线路避雷器。经过几年的挂网运行，取得了较好的防雷效果。
2线路避雷器防雷的基本原理
　　线路避雷器一般采用避雷器本体和串联空气间隙的组合结构，避雷器本体基本不承担系统运行电压，不必考虑在长期运行电压下的电老化问题，在本体发生故障时也不影响线路运行。串联空气间隙有两种，一是纯空气串联间隙（简称纯空气间隙），一是由合成绝缘子支撑的串联空气间隙（简称绝缘子间隙）。两种间隙各有优缺点，纯空气间隙不必担忧空气间隙发生故障，但在安装线路避雷器时需要在杆塔上调整间隙距离，实施安装时要求高一点; 情况相反，对于绝缘子间隙，由于间隙距离已由绝缘子下，实施安装较为容易，但支撑串联间隙的合成绝缘子承担着较高的系统电压。
　　雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。
雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为:
Ut=iRd+L· di/dt (1)
式中, i--雷电流; Rd--冲击接地电阻; L.di/dt--暂态分量。
　　当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1＞U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um＞U50。因此，线路的耐雷水平与4个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度、有无架空地线和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。
图1为线路避雷器及绝缘子的伏-秒特性图
　　加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
从图1中不难发现加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。
3线路避雷器的选点
　　大量运行经验表明，线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段。我们称之为选择性雷击区，或称易击区。线路若能避开易击区，或对易击区线段加强保护，则是防止雷害的根本措施。实践表明，下列地段易遭雷击:
　　（1）雷暴走廊，如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处;
　　（2）四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处;
　　（3）土壤电阻率（p）有突变的地带，土地质断层地带，岩石与土壤、山坡与稻田的交界区。岩石山脚下有小河的山谷等地，雷易击于低土壤电阻率处;
　　（4）地下有导电性矿的地面和地下水位较高处；
　　（5）当土壤电阻率差别不大时，例如有良好土层和植被的山丘，雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
　　线路避雷器一般安装在线路易击区，但在选择安装线路避雷器地点过程中，必须结合本地区历年来的线路雷击跳闸情况、运行经验及线路所经的地形。综合以上各种因素，确定线路避雷器安装的最佳地点，提高线路的耐雷水平。
4线路避雷器使用及动作情况
　　花都区位于广州市的北面，据气象部门统计2000年至2002年花都区雷暴日平均为81天，属多雷区，广州花都供电分公司管辖的输电线路跳闸故障有80％是由于雷击而引起的。
　　广州花都供电分公司管辖的110kV田梯线和110kV华军芙线大部分线路走廊位于丘陵、山地，多年来经常发生雷击跳闸故障。根据这种情况，在这二条线路上安装了9组避雷器，共27只。
　　110kV田梯线全长13.88公里，1997年投入运行，据统计该线路在1998年和1999年共有5次的雷击掉闸，其中#40~#45段就有3次雷击掉闸。为此，我们对该线路的有关数据进行分析、研究，发现110kV田梯线#38~#46位于山的向阳坡上且为风口，杆塔的接地电阻也偏大。综合各种因素，我们决定在110kV田梯线#40、#43、#45各安装3组共9只避雷器，运行至今已接近3年时间，在这段时间，该线路没有发生过雷击掉闸故障。检查线路避雷器的放电记数器，发现线路避雷器都有动作，动作情况见表1。
　　110kV华军芙线全长27.39公里，1996年投入运行。据历年来的雷击数据分析，该线路从1997年~2002年共有12次雷击跳闸。为此，我们对110kV华军芙线全线进行了现场勘察，根据历年来的雷击杆塔情况和杆塔所处的地形、地貌，确定线路的易击区并结合线路的实际运行情况，在2002年3月选点安装了6组线路避雷器。避雷器运行二年，线路未发生雷击故障。避雷器动作情况见表1。
5结束语
　　(1)、在输电线路易击区杆塔上安装线路避雷器后，杆塔段未发生雷击跳闸，提高了线路的耐雷水平，线路避雷器在输电线路的应用取得了初步的成效。
　　(2)、正确选择线路避雷器安装位置是很重要的，是能否充分发挥线路避雷器作用的关健。
　　(3)、继续对输电线路的防雷工作进行分析、总结，进一步探讨积累线路避雷器的运行经验，不断地提高线路的耐雷水平。
C阻容参数选择不当，不但起不到保护作用，反而会起消极作用，甚至会导致过电压幅值倍增，在小电流接地系统中，单相接地短路因R——C保护器电容电流太大而招致系统馈电回路跳闸。因此在选R——C电压幅值抑止器时应谨慎小心。
综上所述，对于操作过电压若采用避雷器保护方案，应优先用带有间隙的MOA，选带有串联间隙的MOA保护变压器，选带有并联间隙的MOA保护电机。若有条件，采用避雷器和R——C过电压吸收器同时并用的保护方案是最为完善的，虽然初期投资大些，可这总比损失一台设备的费用要少得多。
本文摘自 http://www.shengshifanglei.com