10kV三相组合式过电压保护器爆炸原因及改造措施

有串联间隙氧化锌过电压保护器的优点有：（1）消除氧化
图 3 三相组合式有串联间隙氧化锌过电压保护器结构图 锌阀片的荷电率。（2）对暂态过电压（工频过电压、谐振过电压） 进行有效防护，将全部暂态过电压限定在保护死区内，使氧化 锌阀片免受其危害。
其固有缺陷有：（1）间隙密封问题。由于工艺原因，间隙不 可能做到在真空下密封，可能造成漏气，使潮气或水分进入。即 使用密封胶把间隙周围完全封死，由于间隙之间有空气，长时 间放电膨胀会产生“吸潮”现象，间隙受潮容易造成氧化锌阀片 发生泄漏，时间一长就会老化。（2）由于有间隙存在，不适合做 直流 1 mA 下的电压 U1 mA 及 75%U1 mA 下的泄漏电流试验， 只能做绝缘电阻与工频放电试验。工频放电试验原理是取三次 放电电压的平均值与出厂值进行比较，在合格范围内就正常， 而氧化锌阀片必须做 75%U1 mA 下的泄漏电流试验才能判断 是否老化。这就造成有的过电压保护器在间隙受潮后做工频放 电试验虽然合格，但是氧化锌阀片早已老化，当发生过电压时 就会爆炸，给电力系统带来巨大隐患。（3）采用四星型接线结构 时，需要人为设置一个中性点，这就会使阀片单元的运行工况 发生变化，带来绝缘配合困难。（4）相间过电压保护每相阀片单 元各占 1／2，当某一相故障时，另一相阀片无法承担全部相间过 电压能量。（5）为了相间阀片单元的运行可靠性，需兼顾相 - 地 过电压的保护水平，阀片额定电压需相间提高，地相降低。
1 事故经过
A
B
C
2012 年6 月 8 日上午，工艺人员启动循环水泵时，10 kV 高 压柜内过电压保护器突然爆炸，由于保护及时动作，并未造成 其他事故。事后值班人员迅速将故障高压柜进行隔离。
2 原ห้องสมุดไป่ตู้分析
打开高压柜电缆室门，发现过电压保护器 B 相引线完全烧 断，A、C 相引线绝缘外皮烧毁，A、B 相的氧化锌阀片与密封间 隙的筒状物完全爆裂。间隙顶部小孔完全烧毁，有明显的放电 痕迹。通过对配电室其他过电压保护器进行检查，发现内部间 隙全部受潮、变形（图 1），单独对氧化锌阀片进行直流泄漏试 验，不合格。结合总降故障录波器波形图，爆炸时先 B 相接地， 后 A、B、C 三相短路，持续时间 75 ms（图 2）。判断爆炸原因为 过电压保护器由于间隙受潮存在放电现象，导致氧化锌阀片老 化。当真空断路器合闸发生操作过电压时，过电压保护器爆炸。
Shebeiguanli yu Gaizao◆设备管理与改造
10 kV 三相组合式过电压保护器爆炸原因分析及改造措施
王国伟 刘学武
（山西潞安煤基合成油有限公司，山西 长治 046103） 摘 要：10 kV 串联间隙氧化锌过电压保护器由于内部间隙受潮，在电气设备发生操作过电压时爆炸。针对串联间隙过电压保护器的 结构并结合自身电力系统的特点，提出了改造措施。 关键词：过电压保护器；间隙；氧化锌阀片；爆炸
表 4 改造后 #11 机组甲给泵耗电率
名称
1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 合计
0.204%×0.43＝651 321 元 2 台机组每年合计节约厂用电
3044250kW·h，增加盈利 1309027.5 元。
自发电量／ 万 kW·h 8 955 7 715 8 707 2 050 4 247 7 401 8 108 5 740 7 823 7 700 7 812 7 945 84 203
5 改造措施
综合上述情况，将原有串联间隙过电压 （下转第 71 页）
机电信息 2012 年第 33 期总第 351 期 69
Shebeiguanli yu Gaizao◆设备管理与改造
表 3 改造前 #11 机组甲给泵耗电率
#10 机 组 ：1 485 000 000 ÷2 ×
名称
1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 合计 0.206%×0.43＝657 706.5 元
正常间隙
受潮间隙
图 1 正常间隙与受潮间隙的区别
122.02 V －86.47 V
91.29 V －91.76 V
８７.88 V －８８.77 V
２７.00 V －６０.24 V
图 2 爆炸时的电压波形
3 有间隙过电压保护器结构分析
该 10 kV 配电室高压柜选用的过电压保护器是 2007 年安 装的“三相组合式有串联间隙氧化锌过电压保护器”，它由 4 个 元件组成，4 个元件的一端连接成一个中性点，其中 3 个元件的 另一端分别与被保护设备 A、B、C 三相线连接，1 个元件的另 一端接地。其元件由非线性金属氧化物电阻片与串联间隙以及 相应的零部件组成，外套为复合树脂材料［1］，如图 3 所示。
4 10 kV 系统接地方式分析
我厂 10 kV 接地系统是中性点经小电阻接地方式，即有效 接地方式。其特点是：（1）中性点接地电阻是一个耗能元件，是 系统谐振的阻尼元件，由于其显著的阻尼作用，可消除由于各 种原因引起的系统谐振过电压。（2）当系统发生非对称短路故 障时，非故障相的工频过电压可限制在 1.7 倍以下，暂态过电压 倍数可限制在 2.6 倍以下，故障时间很短，过电压保护器不会长 期工作在很高的工频过电压下［2］。因此，我们厂的过电压保护 器主要用来防止大气过电压和操作过电压。
给泵耗电率／
%
2.389 2.381 2.364 2.212 2.356 2.348 2.395 2.374 2.419 2.366 2.321 2.365 2.368
7 结语
近年来，通过“上大压小”、技术进 步和加强管理等措施，全国平均供电
5 节能效果
煤耗较“十一五”初期下降了 10%，但 部分机组仍存在技术粗放、管理不善、能耗偏高等问题，实施在
发电量／万 kW·h 7 400 7 319 3 030 8 660 8 740 8 081 8 227 8 836 8 230 7 333 75 856
#11 机 组 ：1 485 000 000 ÷ 2 ×
给泵耗电率／% 2.626 2.588 2.637 2.562 2.489 2.569 2.559 2.544 2.658 2.567 2.575