發布日期：2022-04-20 點擊率：60
引言
脫離器作為避雷器的一種常規附件,與避雷器串聯使用。當避雷器出現異常故障時,若避雷器中流過的工頻短路電流過大,則會讓脫離器動作,接地端脫開,避雷器退出系統運行,以避免出現線路短路跳閘現象,阻止事故進一步擴大,且給出清晰可見的問題避雷器脫離標記,方便維護人員及時發現問題設備并進行維修或更換。脫離器作為有效的脫離手段已被應用于各種避雷器。在歐洲、美國、日本等發達國家及地區的電力系統中,避雷器用脫離器的應用相比國內起步早,且發展更為迅速,配電類避雷器及線路懸掛式避雷器均安裝了脫離器。目前在國內,脫離器仍未大范圍應用在各個區域和領域內。
目前,國內35kV及以下電壓等級各型避雷器在農網、電廠、地鐵和變電所等關鍵場所已經廣泛應用:對于無間隙線路避雷器,由于安裝地點多為城郊、野外、山區等交通不便利、人煙稀少的區域,巡檢代價高、維護成本大,即便有新的巡檢方式,如無人機、在線遠傳等,也由于避雷器的重要程度不高和檢驗手段不多等因素,需要更加免維護的保障。
近年來,對于脫離器在線路避雷器上的應用需求,已經不局限于35kV及以下電壓等級,而是逐漸擴展到高電壓等級。國內目前已有不少帶脫離器的避雷器在運行,但因成本和制造水平的原因,在使用過程中出現了很多問題,不能完全滿足使用要求。基于此,本文著重介紹了一種新型脫離器。
1當前脫離器存在的主要問題
脫離器安裝的效果是在避雷器發生故障時防止事故的進一步惡化,且有利于對設備的完好程度進行辨識。目前,在國內的實際應用過程中發現脫離器存在運行可靠性不夠高的問題,其中典型的可靠性問題有:拒動作(即避雷器發生故障但脫離器未發生脫離）、誤動作(即避雷器完好而脫離器發生脫離）等。經過分析,常見故障的主要原因有以下幾個方面:
(1）脫離器的密封性能。膠合面漏水、外殼龜裂、電極氣孔、受力后外殼或粘接面破損都會對脫離器的密封性能造成影響,導致水分或水蒸氣進入。通過脫離器泄放過電壓能量時內部的水分會被加熱而瞬間汽化,因此產生水錘效應,脫離器脫落導致誤動作。
(2）脫離器外殼質量欠佳。其外殼多使用塑料外殼或膠木,經長時間日曬和雨水侵蝕會出現外殼老化情況,導致開裂,外殼與金屬電極膠合的環氧樹脂出現裂縫,密封性能下降。
(3）脫離器機械強度不滿足長期使用要求。脫離器在安裝過程和運行時需要耐受一定的機械力,重點是安裝過程中脫離器的抗扭強度和長期運行時的拉伸強度。抽樣數據表明,許多脫離器在承受安裝時的正常扭矩后,內部間隙結構及尺寸就會發生變化,電氣性能也會相應受影響。另外,常規安裝方式下脫離器受到線路運行的舞動和風擺影響,在緊固連接的狀態下,外殼會因機械應力的累計作用發生破裂。
(4）脫離器內部的間隙結構設計不合理,承受多次大電流后,間隙燒毛后發生拒動。
(5）動作電流設置不可控。流過脫離器的電流僅為毫安級時脫離器發生動作(當避雷器在戶外淋雨時,其漏電流可達到毫安級）,會出現避雷器未損壞時脫離器發生脫離的誤動作。
2新型脫離裝置用脫離器的研制
2.1脫離裝置結構
本文論述的脫離器用于新型脫離裝置,新型脫離裝置由連接板A、支撐絕緣子、連接板B、連接板C、顏色標記及脫離器組成(圖1）。脫離裝置可用于330kV及以下電壓等級的線路避雷器產品,分散性小,安裝方便,機械性能可靠,脫離標記明顯,而脫離裝置的主要電氣元件為脫離器,脫離器的性能對脫離裝置有關鍵性作用。
2.2現行標準對脫離器性能的要求
在現行的脫離器標準中,如《交流電力系統金屬氧化物避雷器用脫離器》(NB/T42059一2015）和《交流無間隙金屬氧化物避雷器》(GB/T11032一2020）均對脫離器的基本性能提出了要求:
(1）電氣耐受性能。脫離器的常規使用條件與避雷器完全相同,使用過程中若避雷器不發生損壞,脫離器就不應發生動作,脫離器在持續運行電壓下或承受各種正常過電壓時,不應發生動作,耐受各種沖擊電流的能力應與避雷器相同。標準中的規定為:脫離器和避雷器的要求一樣,必須通過動作負載和額定重復轉移電荷兩項試驗,而其中動作負載試驗包含了較為重要的大電流沖擊耐受試驗,以上試驗就是模擬避雷器正常工作時需能耐受的工況。
(2）機械性能。脫離器應具備一定的機械性能,包括耐受額定拉伸負荷、額定彎曲負荷和扭轉負荷。《交流電力系統金屬氧化物避雷器用脫離器》(NB/T42059一2015）中分別給出了三類機械強度需滿足的最低指標或計算方式,分別為不低于1000N的拉伸負荷、不低于500N的彎曲負荷以及不低于20N·m的扭轉負荷。
(3）動作性能。避雷器出現問題(典型的為出現工頻故障電流）時,脫離器應具有良好的動作特性,就是能夠準確、及時、可靠地動作,避免發生惡性事故。脫離器發生脫離后,脫離點應有明顯、安全的絕緣距離,避免高壓端與地之間無法耐受工頻電壓而發生二次短路事故。安秒特性試驗是驗證脫離器動作性能的重要試驗。
(4）密封性能。脫離器在實際運行過程中與被串聯避雷器具備同樣的外部環境,因此,脫離器須耐受與避雷器相同的密封條件。在結構設計中,尤其需要考慮因密封不良帶來的潮氣浸入,繼而引起脫離器性能劣化造成的誤動作。標準中以溫度循環和密封試驗進行考核。
2.3新型脫離裝置用脫離器的性能指標和結構
2.3.1新型脫離器的性能指標
依據2.2中的標準,提出了新型脫離器的性能參數:
(1）額定重復轉移電荷:28。
(2）大電流耐受(動作負載）:100Ck。
(3）彎曲負荷:5A0N:拉伸負荷:1000N:扭轉負荷:
20N·m。
(4）溫度循環和密封試驗。
(5）動作試驗(20/200/800k）。
2.3.2新型脫離器的結構
根據以上因素,設計新型脫離器結構如圖2所示,其等效電路圖如圖3所示。
2.3.3新型脫離器的特點
新型脫離器具備以下特點:
外殼采用特種脆性金屬,可以保證良好的機械性能,同時設置薄弱點,可以有效脫離:
(2）內部采用特制的線性電阻元件,具備可控的安秒特性:
(3）間隙設置電應力分散通口,可以避免放電應力集中帶來的短路問題。
3新型脫離器試驗方案及結論
根據上述對新型脫離器提出的性能要求,按所提性能指標對脫離器進行了試驗,試驗結果如表1所示。
從脫離器的試驗結果來看,其各項性能滿足設計需要,額定重復轉移電荷滿足330CV無間隙線路避雷器的能量要求,適用于33ACV及以下線路電壓等級的無間隙避雷器。特制的脆性金屬殼體提高了其機械性能,同時又滿足
溫度循環和密封性能的要求,試驗結果均合格,為新型脫離裝置可靠運行提供了保證。
文中所述新型脫離裝置已成功在330kV線路上加裝并帶電運行,具體如圖4所示。
圖4 新型脫離裝置安裝示意圖
4結語
本文從結構原理入手,對現有脫離器存在的不足加以研究,在現有脫離器電氣和機械原理的基礎上,從結構設計方面加以優化、創新,研制出了滿足額定重復轉移電荷2C、大電流耐受l00kA、彎曲負荷500N、拉伸負荷l000N、扭轉負荷20N·m的新型脫離器,并通過滿足330kV電壓等級的避雷器需要的性能試驗,可廣泛應用于實際工程需要。
新型脫離器在現有脫離器結構的基礎上改進了材料,增加了配件,這將帶來成本的增加,但其提高了產品的可靠性,達到了免維護狀態。同時,建議相關行業參與者和使用單位提高對脫離器的重視程度,這對于能否廣泛使用質量可靠的脫離器,提高避雷器乃至線路運行的穩定性非常重要。
20220209_6203532bd5f6a__新型避雷器脫離裝置用脫離器的研究
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