智能電網(wǎng)：電力系統(tǒng)過電壓及絕緣配合方面存在的10

近幾年，閱讀到文刊上關(guān)于電力系統(tǒng)過電壓及其絕緣配合方面的文章，我認(rèn)為其中有一些容易引起人們的誤導(dǎo)，綜合起來有10個(gè)問題，現(xiàn)提出來討論。

1. 誤導(dǎo)一：把人工沖擊電流波形命名自然雷電流標(biāo)準(zhǔn)波形

自然雷電流波形，世界各國(guó)實(shí)測(cè)得的對(duì)地放電雷電流波形基本一致，多數(shù)是單極性重復(fù)脈沖波，少數(shù)為較小的負(fù)過沖，一次放電過程常常包含多次先導(dǎo)至主放電的過程(分別為第一脈沖和隨后脈沖)和后續(xù)電流，放電脈沖數(shù)目平均為2-3個(gè)，最多記錄到42個(gè)。第一脈沖波前最大陡度達(dá)50kA/μs，平均陡度為32kA/μs，幅值可達(dá)200kA以上;第二脈沖波前陡度比第一脈沖大，可達(dá)100kA/μs以上，幅值比第一脈沖低，波尾都在100μs以上，也就是說，一次雷擊中是一連串的波長(zhǎng)100μs以上脈沖波。見圖1。

在一些標(biāo)準(zhǔn)中或一些文獻(xiàn)上，檢驗(yàn)(計(jì)算)物體(如桿塔、引流線)上的壓降，采用陡波前(波尾不規(guī)定)或1/4μs、1/10μs、2.6/50μs沖擊電流波形：檢驗(yàn)防雷保護(hù)器(如金屬氧化物非線性電阻片，以下簡(jiǎn)稱MOR)上殘壓，采用陡波(波前時(shí)間1μs)沖擊電流和8/20μs標(biāo)稱沖擊電流;檢驗(yàn)MOR通過雷電流能量能力，采用18/40μs，10/350μs，100/200μs沖擊電流;驗(yàn)算變電所防雷保護(hù)可靠性時(shí)，傳統(tǒng)采用雷擊點(diǎn)反擊導(dǎo)線上沖擊波為直角波(波尾很長(zhǎng))的方法，這樣做，達(dá)到了主要目的，是可以接受的。但這些人工沖擊電流波形，都不是自然雷電流標(biāo)準(zhǔn)波形，與自然雷電流波形相差甚遠(yuǎn)。

有人僅從“雷電流標(biāo)準(zhǔn)波形”名詞出發(fā)，使用很不當(dāng)。例如，在驗(yàn)算變電所防雷保護(hù)可靠性時(shí)，采用1/10μs或2.6/50μs波形，特別是波尾太短，這與傳統(tǒng)使用斜角波前無(wú)窮長(zhǎng)波尾，驗(yàn)算結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。又如，對(duì)MOR考核能量能力，有的僅用一次或兩次的1/4μs或4/10μs沖擊流，這與20次的18/40μs、10/350μs、100/200μs沖擊電流效應(yīng)相差甚遠(yuǎn)，偏低。

因此，人工沖擊電流不能命名自然雷電流標(biāo)準(zhǔn)波形。

2. 誤導(dǎo)二：按電壓等級(jí)對(duì)交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器(簡(jiǎn)稱WGMOA)分類

GB11032-2000《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》§3.2避雷器分類，見表1(注：未全引，僅引有異議的)。

表1 避雷器分類

GB11032-2000打著等效IEC-60099-4(1991)的旗號(hào)，實(shí)際不等效。GB11032-2000聲稱“避雷器按其標(biāo)稱放電電流分類”，實(shí)質(zhì)是按其電壓等級(jí)分類。按電壓等級(jí)分類嚴(yán)重誤導(dǎo)WGMOA的應(yīng)用選擇。若發(fā)生事故，將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

表1中In等級(jí)不同，試驗(yàn)要求不同[見IEC99-4(1991)表1和GB11032-2000表13]。In實(shí)質(zhì)上是代表WGMOA的本身安全運(yùn)行指標(biāo)高低和保護(hù)性能好壞。下面就表1中分類的“電站用、并聯(lián)補(bǔ)償電容器用、發(fā)電機(jī)用、電動(dòng)機(jī)用以及低壓用的WGMOA分類”等造成的誤導(dǎo)弊病分別敘述。

2.1 電站用WGMOA

用于保護(hù)電力變壓器線圈Un=3～66kV側(cè)WGMOAR的In，按GB11032-2000§3.2表1中規(guī)定，In一律只能選5kA，不論其容量大小、重要性如何?事實(shí)上，電力變壓器線圈側(cè)Un = 3～66kV 側(cè)，容量大小和重要性相差很大，有的是幾個(gè)kVA，有的是幾十萬(wàn)kVA，怎么能一律用In = 5kA的WGMOA?

電力變壓器線圈各側(cè)用的WGMOA的In等級(jí)不同，實(shí)質(zhì)上是各側(cè)耐雷指標(biāo)不同。各側(cè)耐雷指標(biāo)不相配合，一次側(cè)(Un = 110kV及以上)耐雷指標(biāo)高，二次側(cè)(Un = 3～66kV)耐雷指標(biāo)低，因此電力變壓器防雷薄弱環(huán)節(jié)在二次側(cè)是顯而易見的，1990～1999年110kV及以上全國(guó)在役變壓器類設(shè)備(未包括農(nóng)口管理的)運(yùn)行情況及事故統(tǒng)計(jì)分析完全證實(shí)，均發(fā)生在電力變壓器二次側(cè)(Un = 3～66kA)被雷擊損壞[13][14]。

電力變壓器不論一次側(cè)，還是二次側(cè)，線圈損壞，后果都是一樣的，變壓器要停運(yùn)修理。事實(shí)上，電力變壓器二次側(cè)(Un = 3～66kV)線圈損壞修理更困難些。

有人可能會(huì)認(rèn)為，流過Un = 3～66kV的WGMOA的雷電流要小，這是誤解。CIGRE.WG33-01的1958年報(bào)告就指出：“通過閥式避雷器最大的雷電流是發(fā)生在中壓等級(jí)及以下者”。

選擇保護(hù)電力變壓器用WGMOA的In等級(jí)大小，實(shí)質(zhì)是反映電力變壓器耐雷指標(biāo)高低，即防雷保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)程度。選用較高In等級(jí)WGMOA，實(shí)際是加強(qiáng)電力變壓器防雷保護(hù)可靠性。選用較高In等級(jí)WGMOA會(huì)增加造價(jià)，但相對(duì)于大型電力變壓器造價(jià)來說影響是很小的。

制造Un = 3～66kV的In = 10kA和20kA等級(jí)的WGMOA，在技術(shù)上是毫無(wú)困難的。

國(guó)外用于保護(hù)電力變壓器WGMOA各側(cè)均選用相同In等級(jí)的。西方制造企業(yè)WGMOA型錄中明確說明：電站型WGMOA，In為10kA和20kA兩個(gè)等級(jí);In = 10kA的Ur為3-366kV;In = 20kA的Ur為3-800kV;配電型WGMOA的In才為5kA。用戶按需要選擇。

據(jù)悉，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)出口的Un = 3～66kV的WGMOA的In，有10kA…不同等級(jí)，任用戶選擇。真怪，為什么國(guó)內(nèi)用戶，GB11032-2000規(guī)定只能用In = 5kA等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)套在中國(guó)電力系統(tǒng)的電站型WGMOA上?

2.2 并聯(lián)補(bǔ)償電容器用WGMOA

并聯(lián)補(bǔ)償電容器用WGMOA的In等級(jí)，實(shí)質(zhì)是WGMOA保護(hù)性能優(yōu)劣和允許吸收能量大小(使用壽命長(zhǎng)短——安全運(yùn)行可靠性高低)。并聯(lián)補(bǔ)償電容器切合操作過程中，在WGMOA中產(chǎn)生的能量是隨切合操作時(shí)用的斷路器發(fā)生一相重?fù)舸┻€是兩相重?fù)舸舸┐螖?shù)、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的不同、并聯(lián)補(bǔ)償電容器組容量的大小、WGMOA布置不同(相對(duì)地、相間和相對(duì)中性點(diǎn)等)、并聯(lián)補(bǔ)償電容器組允許過電壓水平的不同而相差很大，怎么不分這些差異?而GB11032-2000§3.2表1中規(guī)定，一律用In = 5kA的WGMOA，根據(jù)何在?國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外型錄中規(guī)定系列In 等級(jí)，讓使用者選擇。1995年CIGRE.WG33-11制定的《并聯(lián)電容器組的避雷器(WGMOA)選擇導(dǎo)則》，對(duì)上述影響因數(shù)和應(yīng)用選擇的區(qū)別，進(jìn)行了詳細(xì)分析計(jì)算，內(nèi)容清晰系統(tǒng)，這里不重復(fù)[1]。

2.3 發(fā)電機(jī)用和電動(dòng)用WGMOA(以下統(tǒng)稱電機(jī)型WGMOA)

在電力行標(biāo)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》§9中，將發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、變頻機(jī)和電動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱旋轉(zhuǎn)電機(jī)。從絕緣結(jié)構(gòu)看它們是同類的。DL/T620-1997對(duì)它們的防雷保護(hù)是按其重要性和容量大小分別來處理的。

DL/T620-1997允許的直配旋轉(zhuǎn)電機(jī)的重要性和容量差別是很大的，大的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)為60000kW，小的只有幾個(gè)kW。旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣遭受雷電波擊穿時(shí)，可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的工頻短路，燒壞鐵芯，修理困難，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，對(duì)直配旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)，要求可靠性較高。

而GB11032-2000規(guī)定：發(fā)電機(jī)用WGMOA的In，一律為5kA;電動(dòng)機(jī)用WGMOA的In，一律為2.5kA。正如前面說過的，WGMOA的In等級(jí)，實(shí)質(zhì)是代表WGMOA的保護(hù)性能好壞和WGMOA本身安全運(yùn)行指標(biāo)高低兩方面：

(1)在防雷保護(hù)性能方面：In值的大小決定著旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷保護(hù)水平、耐雷指標(biāo)高低、旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全運(yùn)行可靠性高低問題。我國(guó)在20世紀(jì)50年代初，電機(jī)型避雷器的In定為3kA，到了60年代初已將In提高到5kA。到了90年代，我國(guó)WBMOA“可以和進(jìn)口產(chǎn)品比高低”[2]完全可以與國(guó)際上電機(jī)型WGMOA一樣，In提高到10kA[3]。為何GB11032-2000反而倒退了(表1)?實(shí)際上，中國(guó)已有不少制造廠，在技術(shù)上完全可以生產(chǎn)出電機(jī)型WGMOA的In = 10kA產(chǎn)品。價(jià)格雖然貴一些，相對(duì)大電機(jī)而言，是微乎其微的。

(2)在WGMOA本身安全運(yùn)行方面：In 值的大小決定WGMOA用什么試驗(yàn)方法和參數(shù)來做型式試驗(yàn)。例如，GB11032-2000規(guī)定：對(duì)電動(dòng)機(jī)用WGMOA的In = 2.5kA 等級(jí)，采用方波沖擊200A，4/10μs大電流沖擊25kA，大電流壓力釋放800A;對(duì)發(fā)電機(jī)用WGMOA的In = 5kA等級(jí)，采用方波沖擊電流400A，4/10μs大電流沖擊(40)65kA，大電流壓力釋放10kA，小電流800A。這些所用的驗(yàn)證參數(shù)對(duì)大容量旋轉(zhuǎn)電機(jī)用WGMOA是過分偏低的，這是因?yàn)镮n定位過低所致。國(guó)外，電機(jī)型WGMOA的In定位10kA[3]。也就是說，電機(jī)型WGMOA的型式試驗(yàn)方法和參數(shù)，定位是很高的。我國(guó)過去對(duì)電機(jī)型避雷器的本身安全運(yùn)行，可靠性定位是當(dāng)時(shí)最高的。

2.4 低壓用WGMOA

因GB11032對(duì)WGMOA按Ur 等級(jí)分類，表1中對(duì)低壓(0.28≤Ur ≤0.5Kv)WGMOA的In = 1.5kA，定位太低，遠(yuǎn)低于IEC1312-3(1996)規(guī)定的信息系統(tǒng)供電電源用過電壓保護(hù)器(IEC1312-3叫做SPD0的要求，因此，低壓用WGMOA這一廣闊市場(chǎng)幾乎讓位于進(jìn)口SPD產(chǎn)品。