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评估并联避雷器的好处

May 20, 2016 • Arresters / 避雷器, Columns, Woodworth on Arresters, 最近文章汇总

并联安装当代配电避雷器 有好处吗?这是近期有 人提出这是浪费金钱而令我 思考的问题。我也一度持这种 观点,直到我更深一步研究分 析了这一主题。分析之后我的 观点发生了改变。 基本上,并联避雷器布置的 真正价值很大程度上取决于 安装避雷器的目的。基于此, 我想介绍这种布置的潜在优 点(以及缺点),如图1所示。 为了更好地理解电流分配,我 对额定10kA避雷器在12kVUr 下进行仿真,模拟两只避雷器 并联运行,并施加从几百安培 到100kA的8/20冲击。 图2显示了冲击电流如何在 两只避雷器之间分配。∆0% 是配合很好的避雷器, ∆20% 是配合严重不当的避雷器。按 照制造商的数据库,通过对比 10kA的残压来判断二者的配 合度。结果发现配合度不好 程度高达20%的避雷器,在 高冲击电流下分流比仍然达 到了3:1,即>50kA。实际上, 这一额定电压为12kV的避 雷器,其残压增长20%将使 其额定值达到15kV。也可以 说, 类似额定电压的配电避
雷器出现高达20%的不匹配 度不太可能。 对于较低的电流, 如图2所示, 避雷器之间的分流是有问题 的。当电流达到几百安培时, ∆20%的不匹配显示出所有电 流通过了一只避雷器。由于我 们在讨论配电避雷器,鉴于额 定值较低的避雷器能够轻松处 理100%的低雷电脉冲而不会 超负荷,这并不是问题。图3所 示通过安装并联避雷器,在较 低电流下残压减到最小。但 是在80kA冲击时,单避雷器 结构将电压钳制在48kV,而 匹配良好的并联避雷器将电 压钳制在42kV。这意味着将 保护提高了12.5%。如果并 联避雷器的目的是为了降低 施加到老化配电变压器上的 压力, 那么采用配合良好的 避雷器组能部分达到目的。 配电避雷器在能量处理能力 上的主要功能是承载雷电流。 如果并联避雷器配合良好,即 在1%至2%内,此范围内更高 电流下的分流效果优异, 此 时双避雷器结构额定为至少 是单避雷器的180%。因此, 如果配置双避雷器的目的是 减少由于高雷电流下许多避 雷器全部失效造成的停电,
INMR China 25 With BG001  评估并联避雷器的好处 INMR China 25 With BG001

图1:配网系统中的并联避雷器

那么使用并联避雷器能达到 这一目的。 如果配置双避雷器是在保护 策略上增加后备保护(有效 的保护从不允许变压器在无 保护的情况下运行), 那么就 能100%达到目的。分流图像 显示:高达20%不匹配度的 配电避雷器仍然能够在高电 流期间分担足够的电流来保 护彼此。在较低电流下, 由 于双避雷器中的任何一个都 能承载总的电流,无论发生 什么都无关紧要。在发生避 雷器过载的情况下,短路避 雷器将承载所有故障电流, 额定值较高的避雷器不会发 生故障。这将使备用避雷器能 够接替而成为唯一的保护者, 直到新的“搭档”被安装好。 该分析主要聚焦在配电避雷 器上, 但也可以预测电站级 避雷器会发生什么。变电站 的雷电波很少超过15kA,因 此两个电站避雷器并联安装 能够轻易处理任何雷电事 件。这是由于进线输电线路 通常被屏蔽, 避雷线将大多 数冲击电流导入大地。此外, 变电站也总是被屏蔽的,直 击雷无法从正上方直接到达 母线或避雷器。
另一方面,操作冲击在电站避 雷器上能达到相当高的水平, 特别是当系统中有电容器组 时。我们从图2可以看出, 低 电流区中,避雷器分流得不理 想。由于该原因,安装电站并 联避雷器时应当谨慎。当匹配 这类避雷器时,应当采用操作 冲击残压而不是10kA残压值 作为匹配特性。
INMR China 25 With BG002  评估并联避雷器的好处 INMR China 25 With BG002

图2:电流分配作为匹配度的函数。

据我所见, 并联安装避雷器 唯一的负面之处是成本。幸 运的是,产品成本仅是全部 安装成本的一部分,不会使 成本翻番。 并联安装的配电避雷器减少 被保护装置的压力, 降低匹 配避雷器的压力, 以及一旦 其中一只避雷器失效能够立 刻替换。并联安装电站级避 雷器也能提供好处, 但是需 要有比配电避雷器更紧密的 匹配。由于输电线路避雷器 基本上是更高电压的配电避 雷器,其作用不是处理操作 冲击,因此也可以并联使用以 达到过度和不间断的保护。 Jonathan Woodworth
   
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图3:不同匹配程度的残压。

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