（河北大唐国际新能源有限公司 河北承德 067000）
摘要：本文介绍了氧化锌组合过电压保护器结构和功能特点以及在风电场的应用，风电场过电压保护器选择不当，将会影响设备安全运行，通过案例和理论分析，介绍了其在风电场应用的蔽端。
关健词：组合式过电压保护器；结构特点；风电场
Discussion on combined overvoltage protector in wind power applications
Han Dezhi
(Hebei Datang International New Energy Co., Ltd., Hebei Chengde 067000)
Abstract: This paper introduces the zinc oxide combined overvoltage protector of structural and functional characteristics and applications in wind farm, wind field over voltage protector choice is undeserved, will affect the safe running of the equipment, through the case analysis and theory, introduces its application in wind farm my end.
Key words: combined overvoltage protector structure characteristics of wind farm
0．引言
组合过电压保护器主要应用于35kV及以下电力系统中，用来限制操作过电压、各种暂太过电压以及雷电过电压，可有效保护系统中电动机、开关、变压器、母线、电容器等电力设备绝缘不受损害，对过电压能起到可靠的限制作用，氧化锌组合过电压保护器种类较多，目前也广泛设计于风电场35kV母线及风机箱变中，但是由于风电场所处的地理环境大多处于地形较特殊的山地等地区，组合式过电压保护器在风电场频繁发生爆炸等事件不断发生，使其在风电场的应用给人们也带来了疑问，本文旨在探讨组合式过电压保护器在风电场的应用问题，提醒应用者在风电场应慎用组合式过电压保护器。
1.氧化锌避雷器及组合过电压保护器的结构、功能特点
氧化锌避雷器的结构为将若干个ZnO阀片压紧密封在避雷器磁套内，因其ZnO阀片的非线性特性极其优异，使其在正常工作下接近绝缘状态，在过电压下导通接地，放电降压起到保护线路或设备绝缘的作用，氧化锌避雷器在正常运行时因电阻很大，泄漏电流很小，只有几十微安，可视为无工频续流，还有耐重复动作能力强，只吸收过电压能量，不需吸收续流能量，通流容量大的优点，氧化锌避雷器分为无间隙和有串联间隙两种，无间隙氧化锌避雷器在我国生产较早，因其暂态过电压能力承受较差，无法满足在操作过电压下频繁动作的要求，存在工频老化和承受荷电率和热平衡条件的限制，运行实践表明其有损环爆炸率高、寿合短等缺点。串联间隙氧化锌避雷器有无间隙氧化锌避雷器的保护性能优点，同时有暂态过电压承受能力强的特点，可在系统发生接地故障时保证自身安全，而且具有较低的雷电冲击放电电压和残压水平，可以为绝缘水平比较弱的设备提供良好的保护，特别适用于中性点非有效接地系统使用。
三相组合式过电压保护器是一种新型过电压保护器，由四个元件组成，型式目前分有串联间隙和无串联间隙两种，有间隙过电压保护器在相间和相地之间都连接有一定比例的ZnO电阻片或特殊间隙（如图），是一种复合型避雷器，该过电压保护装置在限制相地之间过电压的同时，又对相间过电压有比较好的保护作用。组合式过电压保护器因采用复合绝缘结构，所以在安装上受开关柜尺寸的影响较小，因此越来越被人们应用于厂、矿、企业、变电站等，但是在选用组合式过电压保护器时，首先应了解被选产品结构特点、ZnO电阻片和间隙的产品质量、整体的绝缘性能和密封性能以及应用场合等，同时必须了解其各性能指标全部符合ZBK49005-90《交流有串联间隙金属氧化物避雷器》、JBT 10609-2006 《交流三相组合式有串联间隙金属氧化物避雷器》的规定，满足DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准的要求。
2.组合过电压保护器应用不当案例及分析
随着风电的快速发展，组合式过电压保护器同样被广泛设计于风电场，从应用来看，某些风电场因设计或选型不当，导致组合过电压保护器爆炸事件频繁发生，给设备带来严重安全隐患，风电场大多地处山区，环境较特殊，在夏季雷雨多发季节，线路经常遭受雷击事件，尤其绕击雷，因组合过电压保护器问题，导致线路跳闸、箱变及35kV开关柜损坏、因修复设备导致的损失电量等致使很多风电场深受其害。
案例一：某地处典型山脊型50MW风电场，35kV为不接地系统，海拔1800-2100米，2011年05月04日雷雨天气，3号风机线速断保护动作开关跳闸，经线路巡视，发现31号箱变组合过电压保护器C、N相爆炸，并造成箱变受损，6月11日，雷击使1号风机线4号箱变组合过电压保护器A、B、C相爆炸，箱变受损。如图：
案例二：某150MW风电场，35kV系统为经消弧线圈接地，2012年2月6日，风机三线30号箱变35kV电缆汇集线路B相下引线因施工不规范而引线过长，风吹摆动，造成与同塔固定光缆金具间歇弧光接地，导致升压站风机三线35kV开关柜内组合过电压保护器爆炸，过电压还使35kV母线PT三相一次保险全部熔断；同样某100MW风电场35kV开关柜因采用了某型号过电压保护器，在线路因雷击而发生组合过电压保护器爆炸情况频繁发生多次。
分析：由于多数风电场地处山区，风机线路受雷击频率较高，在设计上线路一般采用架空线路传输或与电缆混合传输，加上电缆头、线路等施工的不规范，甚至系统设计上还存在不足，没有考虑风电的特殊环境和海拔等因素，仍按照老式35kV系统设计，设备选择上没有进行适当参数修正，种种不足导致弧光接地发生频率较高，由其间歇弧光接地，非故障相引起的弧光接地过电压可达3-5倍相电压，进而导致事故扩大，这也是电网电监会为什么要求风电场35kV系统接地需快速跳闸的原因。弧光接地的高频振荡电流可达稳态下的很多倍，危害极大，从带间隙组合过电压保护器的结构上看，当过电压使某相间隙击穿接地，如果在阀片电阻未返回时，再出现另一相过电压，该阀片击穿接地时就会引起相间短路，保护动作，甚至爆炸，尤其在D相阀片先返回时出现另一相过电压。当系统发生弧光接地时，持续的能量聚集烧坏避雷器阀片更易引起过电压保护器爆炸。对于风电35kV系统设计为不接地的系统，因电缆的大量应用，容性电流较大，系统发生弧光接地时亦较难熄灭，产生的过电压危害更大，上述50MW风场容性电流经计算已达15A，在该风电场投运不到一年的时间里发生组合过电压保护器爆炸3次，该风电场已将此型号组合过电压保护器列为年度技改项目，将箱变内该型号组合过电压保护器全部更换为带间隙的单体氧化锌避雷器，更换后运行至今再没有发生过箱变内避雷器爆炸事件，上述100MW风电场35kV开关室采用的过电压保护器也已全部更换为带间隙单体氧化锌避雷器，事实证明运行效果良好。另外，因海拔较高的风电场环境恶劣，湿度较大，组合过电压保护器因受潮引起的泄漏电流增加或内部沿面闪络，也增加了其运行的不稳定性，在频繁遭受雷击或系统出现弧光接地的情况下，使其出现异常甚至爆炸的机率相应增加。
3.结语
不同的场合应选用适合的过电压保护器，对于型号、性能选择用户应明鉴，尤其在线路上的应用，风电场遭受雷击的频率较高，对于大多地处恶劣环境和海拔较高的风电场，雷击等现象更为普遍，系统发生弧光接地的现象也较多，从组合过电压保护器的结构特点，应用在线路较少的厂、矿、企业尚可，不建议风电场采用组合式过电压保护器，风电场应采用合格的带有间隙的单体氧化锌避雷器，这样更能保证风电场的安全、稳定运行。
参考文献：
[1]JBT 10609-2006 《交流三相组合式有串联间隙金属氧化物避雷器》
[2]国家电网调(2011)974号《关于发电并网运行反事故措施要点的通知》
作者简介：
韩德志（1968-），男，工程师，现河北大唐国际新能源有限公司安全监察部主任
论文作者:韩德志
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
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