1．防范的基本原則

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)電壓的可靠防護(hù)，保障電氣設(shè)備以及保護(hù)器自身的安全運(yùn)行，必須針對(duì)過(guò)電壓產(chǎn)生的原因、持續(xù)時(shí)間、量值范圍等采取針對(duì)性防護(hù)措施。一套完備的保護(hù)必須具備以下三個(gè)要素，缺一不可。

1）保護(hù)的全面性：保護(hù)要考慮系統(tǒng)各種可能的過(guò)電壓，而不是針對(duì)某一種工況。如MOA只能限制系統(tǒng)相對(duì)地過(guò)電壓，而對(duì)相間過(guò)電壓則無(wú)能為力。

2）絕緣配合的可靠性：對(duì)過(guò)電壓防護(hù)的目的是為了保護(hù)設(shè)備絕緣的安全，所以保護(hù)裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)必須與設(shè)備的絕緣耐受能力進(jìn)行合理匹配。

3）保護(hù)裝置自身的安全性：在對(duì)電氣設(shè)備能夠可靠保護(hù)的前提下，保護(hù)裝置自身必須能夠安全運(yùn)行，否則，不僅保護(hù)不了設(shè)備絕緣，反而造成系統(tǒng)中的事故隱患。

2．外部過(guò)電壓的防護(hù)

對(duì)于直擊雷及感應(yīng)雷過(guò)電壓，目前國(guó)內(nèi)較多的采用避雷網(wǎng)、避雷針進(jìn)行防護(hù)；對(duì)于雷電侵入波過(guò)電壓，由于其表現(xiàn)形式主要為相對(duì)地過(guò)電壓，一般采用MOA加以防護(hù)。對(duì)這類保護(hù)措施，國(guó)內(nèi)應(yīng)用很多，技術(shù)比較成熟，這里不再詳述。

3．瞬時(shí)內(nèi)部操作過(guò)電壓的防護(hù)

如前所述，內(nèi)部過(guò)電壓主要表現(xiàn)為相間過(guò)電壓，三星型接法的MOA對(duì)相間過(guò)電壓基本沒(méi)有防護(hù)作用，在這種情況下，安裝組合式避雷器是一種可行的保護(hù)方案。

相對(duì)于老式的MOA，KY組合式避雷器一般采用四星型接法，如圖2所示。由A、B、C、D四個(gè)保護(hù)單元兩兩組合成六只完整的避雷器，分別保護(hù)三相對(duì)地過(guò)電壓和相間過(guò)電壓，使保護(hù)的全面性大大提高，2種電機(jī)型避雷器的電氣特性對(duì)比見(jiàn)表1。



圖2 組合式避雷器基本原理

表1 10kV MOA和組合式避雷器電氣特性比較表

（單位：kV）

見(jiàn)表

由表1可見(jiàn)，MOA保護(hù)動(dòng)作后的瞬時(shí)殘壓值偏高，對(duì)雷電產(chǎn)生的相對(duì)地過(guò)電壓保護(hù)作用比較勉強(qiáng)，對(duì)相間過(guò)電壓完全沒(méi)有保護(hù)作用。而KY組合式避雷器對(duì)相地過(guò)電壓和相間過(guò)電壓具有同等的保護(hù)作用，相對(duì)地過(guò)電壓的保護(hù)性能優(yōu)于避雷器，而相間過(guò)電壓更是下降了60%~70%，保護(hù)的全面性以及與電動(dòng)機(jī)絕緣水平（25kV）配合的可靠性都大大提高。

4．間歇性弧光接地過(guò)電壓的防護(hù)

耐受過(guò)電壓和限制過(guò)電壓是兩個(gè)不同的概念，耐受過(guò)電壓是指避雷器在一定幅值、一定時(shí)間的過(guò)電壓作用下，不會(huì)發(fā)生異常和爆炸。避雷器必須能夠耐受瞬時(shí)的內(nèi)部操作過(guò)電壓，否則自身安全無(wú)法保障。但是，對(duì)于間歇性弧光接地過(guò)電壓，由于其作用時(shí)間的不確定性，要求避雷器完全能夠耐受顯然是不經(jīng)濟(jì)、不合理的。對(duì)這類過(guò)電壓，一般采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的運(yùn)行方式，或者安裝XHB消弧限壓裝置。

中性點(diǎn)消弧線圈接地的保護(hù)方式主要原理是利用電感電流與電容電流在相位上差180°的原理，用電感電流補(bǔ)償對(duì)地電容電流。但現(xiàn)行所有以消弧線圈設(shè)計(jì)的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償或自動(dòng)調(diào)諧是在電網(wǎng)工頻（50Hz）下完成的。電網(wǎng)在單相間歇性電弧接地時(shí)刻，在健康相（非故障相上）發(fā)生的弧光過(guò)電壓和通過(guò)電弧接地故障點(diǎn)的總電流是幅值較大的高頻電流，而電網(wǎng)電容和消弧線圈電感在高頻下，兩者頻率特性是完全不同的，兩者在高頻下互相補(bǔ)償或調(diào)諧具有一定的難度。即使消弧線圈的感性電流能完全補(bǔ)償容性電流，中性點(diǎn)位移電壓U₀將很高。過(guò)補(bǔ)償方式可減小中性點(diǎn)位移電壓，但失諧度大，將使線路接地電流太大，電弧不易熄滅，那么弧光過(guò)電壓仍然存在。所以，消弧線圈自動(dòng)跟蹤或自動(dòng)調(diào)諧可以對(duì)電容電流進(jìn)行一定程度上的補(bǔ)償，減少弧光接地發(fā)生的幾率，但是不可能像一些雜志所報(bào)道的能“消除弧光接地過(guò)電壓”，甚至在某些情況下可使過(guò)電壓值更大。

XHB消弧限壓裝置是在不改變系統(tǒng)運(yùn)行方式的情況下，采用計(jì)算機(jī)集中監(jiān)測(cè)，利用氧化鋅（ZnO）非線性電阻元件與消弧電阻組合限壓消弧，基本原理如圖3所示。綜合控制器ZK通過(guò)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器ST以及電阻輸送的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷故障相別及屬性，根據(jù)過(guò)電壓性質(zhì)以及接地屬性分別做出處理。



圖3 XHB基本原理圖

對(duì)于瞬時(shí)的雷電過(guò)電壓或操作過(guò)電壓等，由ZnO電阻對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行限制并吸收其能量，過(guò)電壓的消除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。如果接地故障是穩(wěn)定的金屬性接地，則ZK僅發(fā)出故障相別的指示信號(hào)，由微機(jī)選線裝置查找接地故障點(diǎn)，并警報(bào)值班人員進(jìn)行排除。如果接地故障是間歇性弧光接地，首先由ZnO電阻將過(guò)電壓限制在一個(gè)較低的水平，并提供信號(hào)給綜合控制器ZK，ZK通過(guò)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及ZnO電阻提供的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，判別出接地故障發(fā)生的相別及接地性質(zhì)，發(fā)出指令將對(duì)應(yīng)相的快速電子開關(guān)KD閉合，使滅弧電阻投入，系統(tǒng)由不穩(wěn)定的弧光接地轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的電阻接地，將弧光消除，把過(guò)電壓控制在規(guī)程允許的范圍以內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行故障的查找及排除。

XHB保護(hù)方式，可以快速地抑制作用時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備安全威脅最大的弧光接地過(guò)電壓，消除諧振過(guò)電壓。同時(shí)，系統(tǒng)中的各類過(guò)電壓均被限制到較低電壓水平，其限制過(guò)電壓的功能將比裝設(shè)消弧線圈更可靠、更完善；整套裝置限制過(guò)電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對(duì)地電容電流的大小無(wú)關(guān)，因而其保護(hù)性能不隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變而變化，電網(wǎng)的擴(kuò)大也無(wú)影響。該裝置特別適用于環(huán)境比較惡劣但又必須保護(hù)供電連續(xù)性的冶金、化工等企業(yè)。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，也可以將消弧線圈與XHB同時(shí)使用。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地時(shí)，通過(guò)消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，如果補(bǔ)償后接地電流較小，電弧可自選熄滅，XHB不動(dòng)作；否則XHB可以準(zhǔn)確動(dòng)作，有效限制系統(tǒng)弧光接地過(guò)電壓。

李學(xué)斌 郭思君