论文部分内容阅读
摘要：文章首先介绍了基于复合式过电压保护装置过电压原理，并结合913 10kV FGB型复合式过电压保护器故障实例，对过电压保护器故障原因及防范措施进行分析阐述。
关键词：复合式；过电压保护器；故障线路
随着系统的日益扩大，电缆及非线性负载的普遍采用，操作过电压和谐振过电压越来越越严重，导致保护器动作越来越频繁，阀片老化速度加快，也使保护器的预期寿命相应缩短。以致于，在系统谐振过电压等其它非正常条件下，保护器本身发生崩溃，进而引发开关柜内相间短路，给用户带来较大的经济损失。本文结合FGB型复合式过电压保护器故障实例，对故障原因及防范措施进行了分析阐述。
一、过电压保护
过电压事故在中性点有效接地系统和非有效接地系统中均有发生，是电力设备损坏的主要原因之一。过电压保护是一种使设备免受过电压伤害的方法。具体描述：根据国标电力设备绝缘配合的要求人为地在系统中设置一系列绝缘薄弱点，使这些薄弱点与设备并联连接，这些绝缘薄弱点在系统电压呈截止状态。当出现过电压时，这些薄弱点先于设备绝缘发生功能性击穿进入导通状态，消耗过电压的能量，并抑制过电压继续上升，达到设备免受过电压伤害的目的。当过电压消失后，绝缘薄弱点自动恢复到截止状态具有以上所述绝缘薄弱点功能的器件称为过电压保护装置。
二、三相组合式保护器
用于三相四线制电力系统中来限制存在于某两物体之间的冲击过电压的一种设备。按照结构特征部分：无间隙：功能部分为非线性氧化鋅电阻片（现在用的很少）；串联间隙：功能部分为串联间隙及氧化锌电阻片（大量广泛使用）。
在过电压保护选用要求上：当认为系统中只有相对地过电压时，采用普通单只避雷器限制对地过电压；如果系统中还有相对相之间的过电压时，采用两只普通单只避雷器的串联方式显然成本太高，而且没有真正起到有效的保护，大部分已用三相四星形方式的过电压保护器取代!同时实现了相间、相对地的保护。采用四星型接线方式，相对相及相对地的保护水平相同，可大大降低相间过电压。
三、故障概况
2011年2月10日下午14时16分，随着一声巨响，上位机显示10.5KV 913开关、400V 431开关同时跳闸， 发“3#厂变保护动作”信号，400V厂用三段电源消失。值班人员赶往事故现场时发现913开关柜冒烟，柜内过电压保护器发生爆炸。
发生保护跳闸后，400V厂用III段失电，厂用备自投失灵，432开关没有自动合上，导致了正在运行的2号机组机旁盘失电，运行人员迅速赶往现场，手动合上432开关，恢复400V厂用III段供电，制止了一次2号机组紧急停机事故。
事后，经维护人员将过电压保护器拆除时，发现保护器三相高压接线端子灼伤脱落， A相和C相装置外壳被炸开，B相外壳也有一道8厘米的裂痕，A相阻容吸收装置的一个电容模块被炸飞。
在对#3厂用变保护装置检查时发现过流保护动作，A、B、C三相电流分别为8765A、8755A和8760A，913开关出线发生了三相短路。
四、事故原因分析
（一）故障设备情况
故障设备为TCL明创（西安）有限公司生产的FGB型复合式过电压保护器，型号：FGB-10P，额定电压：10KV，工频放电电压为16KV。设备的系统接线图及保护器原理接线图如下：
图 1系统接线图 图 2保护器接线原理图
（二）10.5kV母线II段发生谐振过电压
在#3厂变保护动作的前两秒，监控系统发“10.5KV母线II段消谐装置告警”信号，事后经查询录波装置，发现故障时波形如下：
图 3故障录波图
从录波图中可以看出，在a处和b处，10.5KV母线A相和C相出现了充放电的波形，即A相和C相发生了谐振，在c处，10.5kV母线ABC三相发生谐振，三相电压同时增高，产生谐振过电压，其中C相电压最高，最高处达到了17.64kV，是相电压的2.9倍。FGB-10P过电压保护器的工频放电电压为16kV，因此在c处，C相氧化锌阀片导通放电。
注意到当时过电压保护器中性点并没有接地，因此，当氧化锌阀片导通时，就相当于发生了三相短路，产生了很大的短路电流，#3厂变的过电流保护迅速跳开913开关和431开关，将故障线路切除。
（三）产生谐振的原因
一般的，在10kV系统，当系统发生单相接地，开关合闸，发生雷电等干扰时，容易引起谐振过电压现象。事故发生时，无开关操作，无大气过电压，厂用400V III段供2号机组机旁盘，无特别操作。那么10.5kV母线II段是如何产生谐振的呢？当过电压保护器不接地时，其电路接线变成下图：
图 4电压保护器不接地电路接线图
假如氧化锌阀片质量很好，处于理想状态，则加在电容器两边的电压为0，事实上由于氧化锌阀片有一定的通流量，因此加在电容两边的电压不为0，当氧化锌阀片的质量不是很好，通流量比较大时，加在电容两边的电压将会增大，极限状态下等于线电压。而电容长时间处在高压状态下，有变值的可能，当电路中电容和电感比例达到谐振条件时（XL-XC=0），就会产生谐振。
图5：10.5kV系统主要参数分布图
图6：AC相之间的等值电路图
结合录波图，显然首先是AC相之间发生了并联谐振，之后随着电路参数的变化，在c处三相同时发生了谐振，最终导致氧化锌阀片全导通产生了三相短路事故。
五、事故暴露的问题及防范措施
（一）事故致因
导致事故的直接原因是氧化锌阀片通流量过大，引起电容变值，从而诱发了系统发生谐振，而过电压保护器中性点没有接地，使其工况恶化，导致三相短路的严重后果。
（二）事故暴露的问题
保护器没有进行年度试验；保护器的中性点没有接地；厂用备自投失灵；设备管理上存在漏洞。
（三）防范措施
检查10.5kV母线II段其他设备情况，恢复10.5kV母线II段正常运行。检查10kV系统其他过电压保护器中性点接地情况。采用性能更稳定的设备。加强设备管理，按要求对设备进行预防性试验。对厂用备自投失灵进行检查处理。检查设备管理上存在的漏洞，贯彻落实各项制度要求。
（四）改进建议
生产厂家要加大科研和技术投入，提高放电间隙的使用寿命，保证多次承受过电压后仍然能保证其绝缘性能。部分厂家已经采用了无触点自控装置来代替放电间隙，但使用效果还有待考验。电厂在过电压保护器选型上要考虑周全，对于容量较大的变压器还是不采用带放电间隙的过电压保护器为好，选择氧化锌避雷器比较可靠。因为带间隙的保护器造价低，从经济性考虑，高压电机和小容量变压器还是可以采用的。在机组停运后，利用备用变压器的有载调节装置适当调整一下分头，使厂用母线电压略低一些，启动前再调起来，以保证高压电机的正常启动和厂用电切换时的平稳。
六、结语
使用过电压保护的直接目的：是为了避免过电压给设备造成伤害。事实上，早期过电压保护器存在另一种安全隐患就是过电压保护器的自身安全，因此建议用户充分考虑设备的使用环境，选用合适的保护器型号及通流量；从正规品牌大厂购进带有防爆型过电压产品；在使用安装时小心搬运，不得提拉高压电缆导致绝缘损伤。
参考文献
[1]黎莫清，周小武．组合式过电压保护器在电力系统中的应用[J]．科技创新导报，2011，（9）．
[2]杜耀明．FGB复合式过电压保护器爆炸原因分析[J]．电力安全技术，2009，（3）．
[3]李锦鹏，郭思君．组合式过电压保护器技术性能分析[J]．工矿自动化，2004，（1）．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：复合式；过电压保护器；故障线路
随着系统的日益扩大，电缆及非线性负载的普遍采用，操作过电压和谐振过电压越来越越严重，导致保护器动作越来越频繁，阀片老化速度加快，也使保护器的预期寿命相应缩短。以致于，在系统谐振过电压等其它非正常条件下，保护器本身发生崩溃，进而引发开关柜内相间短路，给用户带来较大的经济损失。本文结合FGB型复合式过电压保护器故障实例，对故障原因及防范措施进行了分析阐述。
一、过电压保护
过电压事故在中性点有效接地系统和非有效接地系统中均有发生，是电力设备损坏的主要原因之一。过电压保护是一种使设备免受过电压伤害的方法。具体描述：根据国标电力设备绝缘配合的要求人为地在系统中设置一系列绝缘薄弱点，使这些薄弱点与设备并联连接，这些绝缘薄弱点在系统电压呈截止状态。当出现过电压时，这些薄弱点先于设备绝缘发生功能性击穿进入导通状态，消耗过电压的能量，并抑制过电压继续上升，达到设备免受过电压伤害的目的。当过电压消失后，绝缘薄弱点自动恢复到截止状态具有以上所述绝缘薄弱点功能的器件称为过电压保护装置。
二、三相组合式保护器
用于三相四线制电力系统中来限制存在于某两物体之间的冲击过电压的一种设备。按照结构特征部分：无间隙：功能部分为非线性氧化鋅电阻片（现在用的很少）；串联间隙：功能部分为串联间隙及氧化锌电阻片（大量广泛使用）。
在过电压保护选用要求上：当认为系统中只有相对地过电压时，采用普通单只避雷器限制对地过电压；如果系统中还有相对相之间的过电压时，采用两只普通单只避雷器的串联方式显然成本太高，而且没有真正起到有效的保护，大部分已用三相四星形方式的过电压保护器取代!同时实现了相间、相对地的保护。采用四星型接线方式，相对相及相对地的保护水平相同，可大大降低相间过电压。
三、故障概况
2011年2月10日下午14时16分，随着一声巨响，上位机显示10.5KV 913开关、400V 431开关同时跳闸， 发“3#厂变保护动作”信号，400V厂用三段电源消失。值班人员赶往事故现场时发现913开关柜冒烟，柜内过电压保护器发生爆炸。
发生保护跳闸后，400V厂用III段失电，厂用备自投失灵，432开关没有自动合上，导致了正在运行的2号机组机旁盘失电，运行人员迅速赶往现场，手动合上432开关，恢复400V厂用III段供电，制止了一次2号机组紧急停机事故。
事后，经维护人员将过电压保护器拆除时，发现保护器三相高压接线端子灼伤脱落， A相和C相装置外壳被炸开，B相外壳也有一道8厘米的裂痕，A相阻容吸收装置的一个电容模块被炸飞。
在对#3厂用变保护装置检查时发现过流保护动作，A、B、C三相电流分别为8765A、8755A和8760A，913开关出线发生了三相短路。
四、事故原因分析
（一）故障设备情况
故障设备为TCL明创（西安）有限公司生产的FGB型复合式过电压保护器，型号：FGB-10P，额定电压：10KV，工频放电电压为16KV。设备的系统接线图及保护器原理接线图如下：
图 1系统接线图 图 2保护器接线原理图
（二）10.5kV母线II段发生谐振过电压
在#3厂变保护动作的前两秒，监控系统发“10.5KV母线II段消谐装置告警”信号，事后经查询录波装置，发现故障时波形如下：
图 3故障录波图
从录波图中可以看出，在a处和b处，10.5KV母线A相和C相出现了充放电的波形，即A相和C相发生了谐振，在c处，10.5kV母线ABC三相发生谐振，三相电压同时增高，产生谐振过电压，其中C相电压最高，最高处达到了17.64kV，是相电压的2.9倍。FGB-10P过电压保护器的工频放电电压为16kV，因此在c处，C相氧化锌阀片导通放电。
注意到当时过电压保护器中性点并没有接地，因此，当氧化锌阀片导通时，就相当于发生了三相短路，产生了很大的短路电流，#3厂变的过电流保护迅速跳开913开关和431开关，将故障线路切除。
（三）产生谐振的原因
一般的，在10kV系统，当系统发生单相接地，开关合闸，发生雷电等干扰时，容易引起谐振过电压现象。事故发生时，无开关操作，无大气过电压，厂用400V III段供2号机组机旁盘，无特别操作。那么10.5kV母线II段是如何产生谐振的呢？当过电压保护器不接地时，其电路接线变成下图：
图 4电压保护器不接地电路接线图
假如氧化锌阀片质量很好，处于理想状态，则加在电容器两边的电压为0，事实上由于氧化锌阀片有一定的通流量，因此加在电容两边的电压不为0，当氧化锌阀片的质量不是很好，通流量比较大时，加在电容两边的电压将会增大，极限状态下等于线电压。而电容长时间处在高压状态下，有变值的可能，当电路中电容和电感比例达到谐振条件时（XL-XC=0），就会产生谐振。
图5：10.5kV系统主要参数分布图
图6：AC相之间的等值电路图
结合录波图，显然首先是AC相之间发生了并联谐振，之后随着电路参数的变化，在c处三相同时发生了谐振，最终导致氧化锌阀片全导通产生了三相短路事故。
五、事故暴露的问题及防范措施
（一）事故致因
导致事故的直接原因是氧化锌阀片通流量过大，引起电容变值，从而诱发了系统发生谐振，而过电压保护器中性点没有接地，使其工况恶化，导致三相短路的严重后果。
（二）事故暴露的问题
保护器没有进行年度试验；保护器的中性点没有接地；厂用备自投失灵；设备管理上存在漏洞。
（三）防范措施
检查10.5kV母线II段其他设备情况，恢复10.5kV母线II段正常运行。检查10kV系统其他过电压保护器中性点接地情况。采用性能更稳定的设备。加强设备管理，按要求对设备进行预防性试验。对厂用备自投失灵进行检查处理。检查设备管理上存在的漏洞，贯彻落实各项制度要求。
（四）改进建议
生产厂家要加大科研和技术投入，提高放电间隙的使用寿命，保证多次承受过电压后仍然能保证其绝缘性能。部分厂家已经采用了无触点自控装置来代替放电间隙，但使用效果还有待考验。电厂在过电压保护器选型上要考虑周全，对于容量较大的变压器还是不采用带放电间隙的过电压保护器为好，选择氧化锌避雷器比较可靠。因为带间隙的保护器造价低，从经济性考虑，高压电机和小容量变压器还是可以采用的。在机组停运后，利用备用变压器的有载调节装置适当调整一下分头，使厂用母线电压略低一些，启动前再调起来，以保证高压电机的正常启动和厂用电切换时的平稳。
六、结语
使用过电压保护的直接目的：是为了避免过电压给设备造成伤害。事实上，早期过电压保护器存在另一种安全隐患就是过电压保护器的自身安全，因此建议用户充分考虑设备的使用环境，选用合适的保护器型号及通流量；从正规品牌大厂购进带有防爆型过电压产品；在使用安装时小心搬运，不得提拉高压电缆导致绝缘损伤。
参考文献
[1]黎莫清，周小武．组合式过电压保护器在电力系统中的应用[J]．科技创新导报，2011，（9）．
[2]杜耀明．FGB复合式过电压保护器爆炸原因分析[J]．电力安全技术，2009，（3）．
[3]李锦鹏，郭思君．组合式过电压保护器技术性能分析[J]．工矿自动化，2004，（1）．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。