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装设氧化锌避雷器是保护电气设备免遭大气过电压损坏的主要手段，也是防护某些内过电压的重要措施。苏州工业园区20KV全电缆网络是国内从未有过的配电网络，对于这种配电网络是否需要装设避雷器，如果需要应如何选择，这是一个必需研究的课题。
1 20KV全电缆配电网络装设避雷器的必要性
园区规划面积为70km2,负荷预测达3～5万KW/Km2,配电电压采用20KV,并且全部电缆出线，中性点采用经小电阻接地的方式（电阻为20Ω，允许通过单相接地短路电流的时间为10s）。但由于作为这一系统电源的220KV线路和部分110KV线路还是采用架空线，所以变压器的20KV侧及变电站的20KV配电装置还是有高、中压侧感应过来的过电压的威胁，因而仍需有防止大气过电压的措施，开断电容器组和大的20KV电缆也需有防止内过电压的手段，所以装设氧化锌避雷器仍是必要的。
2 20KV全电缆配电网络避雷器的选择
2.1 避雷器技术参数的选择
正确选用这一系统的避雷器，对20KV电网乃至主变压器的安全可靠运行是十分必要的。但由于国内以往没有20KV这一配电电压等级，所以国标GB11032-2000 交流无间隙金属氧化物避雷器（以下称文献1）对这一等级电网的氧化锌避雷器参数没有作出明确的规定，因此根据电科院和苏州供电局合作为该系统所作的研究报告G9613（以下称文献2）并参考文献1和DL/T613-1997进口交流无间隙金属氧化物避雷器技术规范（以下称文献3）的原则，对氧化锌避雷器的技术参数进行选择。
（1） 氧化锌避雷器的额定电压 Ur。
按文献3表4的推荐值，对非直接接地并能在10s及以内切除故障时，对10 kV系统为13KV,推算到20 KV系统则应为26KV,但再按该文献之表5（保护发电机避雷器额定电压推荐值）查出发电机额定电压为20 KV时，推荐Ur值为25 KV,，而文献2推荐值也为25 KV,，此一数值约为系统接地时健全相电压的1.1倍，加之国产中压避雷器有较高的工频过电压耐受能力，所以选定额压电压为25 KV是具有较大裕度的。
由于按国际IEC标准生产的进口中压避雷器在额定电压下的耐受时间只有10s,比国产中压避雷器要短得多，为提高避雷器的工频电压耐受能力，防止工频过电压时由于氧化锌避雷器损坏而影响电网的安全运行，在选用进口氧化锌避雷器时（如ABB公司的MWD型），宜提高一个等级，一般以27.5KV为好，这就可使它和国产25 KV避雷器有相近的工频电压耐受能力，以使在系统发生单相接地等情况出现工频过电压时也能正常运行。
（2） 最大持续运行电压Uc
一般情况下Uc≥0.8Ur（文献3），且Uc应不小于Um(系统最高运行电压)
这样Uc应为20KV，文献2之推荐值也为20KV，因而最大持续运行电压选择为不小于20 KV。选用按IEC标准生产的进口氧化锌避雷器时（如ABB公司的MWD型）宜选用22KV。 避雷器的额定电压和持续运行电压分别采用（1）和（2）所确定的数值后，将使氧化锌避雷器具有较高的工频过电压耐受水平，从而在系统发生的单相接地后，保护动作跳闸前的几秒钟内，健全相电压即使升高到线电压，也不会危及避雷器的安全运行，从而提高了配电网的可靠性。 （3） 标称放电电流 按文献3，对3～66KV系统的配电网和电容器之标称放电电流一般均定为5KA，这也正是一般10KV和35 KV电网所采用的，因而本系统也选择为5KA。 （4） 雷电冲击保护水平 电气设备全波冲击绝缘水平与雷电冲击保护水平之比值不得小于1.4（文献3），20 KV系统电气设备的全波冲击耐受电压为125 kV,所以避雷器5KA（8/20μs）下的残压应不大于89KV(125/1.4)。文献2推荐值为65.1 kV，雷电保护因素将达到1.92，具有很大裕度。所以选用的避雷器在5KA(8/20)下的残压值为不大于66kV,裕度还是相当大的。 （5） 操作冲击残压 按文献3之5.4.3条，操作冲击电流为500A(30/60)。由于园区20 kV,系统为全电缆系统，系统电容相当大，所以不论是母线上装用还是用来保护电容器的避雷器都应有较低的操作冲击电流残压。由参考文献１之表8“典型的并联补偿电容器用避雷器参数”，可算出Ur为17 kV和51 kV ,避雷器的雷电冲击残压和操作冲击电流残压之比均为1.28。而20 kV,系统用避雷器之Ur为25 kV ,雷电冲击残压为66 kV ,如雷电冲击残压与操作冲击电流残压之比也选为1.28，则操作冲击残压应为51.6 kV,文献2推荐此值为55.3V。考虑到雷电保护系数较高，有较大的裕度，选用文献2的推荐值还是比较合适的，所以可选择操作冲击电流残压为不高于55 kV。 （6） 直流1mA参考电压UImAD.C 根据文献1之表8，中压避雷器的UImAD.C 与额定电压Ur之比一般均不小于 则Ur=25 kV时，UImAD.C应不小于35.4 kV,文献2的推荐值也为此值。所以可选择UImAD.C为不小于35.4 kV 。 （7） 2ms方波通流容量 按文献1之表16，对并联补偿用电容器2ms方波电流冲击为400A(I2000).当保护电容器用避雷器采用正常的星形接线方式时，400A 的方波通流容量允许保护22 kV级电容器组的容量为Q=U×I2000/1.075=22×400/1.075=8186kvar。 按文献2，要求母线和馈电电缆之末端装设之避雷器的2ms方波通流容量为500A.这样就统一采用2ms方波电流冲击为500A。当然如所保护的电容器组容量超过104kvar时，就需另行计算新选择此一参数，以确保安全运行。 （8） 避雷器的绝缘水平（无电阻片） 因为所用的20 kV开关柜，其绝缘水平是按IEC标准确定的，即1min工频耐压为50 kV , 8/20μs雷电冲击全波耐压为125 kV ,所以避雷器（无电阻片）的绝缘水平也应不低于上述数值。 由于避雷器均为户内安装，避雷器外套的公称爬电比距可按20mm/kV选用。 2.2 避雷器的选择 按照上面的分析和苏州供电公司目前的使用情况，园区20kV配电网络母线选用3EG5型氧化锌避雷器，保护电容器选用HY5WR-26/66型氧化锌避雷器，其主要技术参数见表1。 3 使用情况及改进建议 从运行和预防性试验结果看，目前在我局20kV电网上所运行的避雷器还没有出现异常，并且变电站和开闭所都没有发生过电压事故。但由于运行时间不够长，工频过电压的情况也很少，所以额定电压偏低和方波通流容量过小的3EG5型避雷器实际运行中虽未出现过事故，但由于其耐受工频过电压能力偏低，方波通流容量过小，因此可靠性不太高，建议今后不再选用，运行中的也应逐步更换成满足表1建议采用值的国产氧化锌避雷器或参数不低于ABB之MWK22型的按IEC标准生产的进口氧化锌避雷器，以确保避雷器本身运行的安全，从而保证系统的安全运行。 (责任编辑：admin) |