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关于风电场风机升压变压器35kV 过电压保护装置选用建议 （组合式过电压保护器和单只金属氧化锌避雷器） 一、过电压保护器发展历史 单只金属氧化锌避雷器是上世纪60 年代发明的，到现在已经有半个世纪运行历史， 从运行效果来看，相比过去碳化硅避雷器技术得到很大提高。无论从产品性能，还是保 护效果，都比较好。 组合式过电压保护器是基于相间保护原理而设计的一种过电压防护产品。最早是西 安电瓷研究所在上世纪70 年代末期，主要针对电机相间绝缘比较弱特点，从考虑保护相 间绝缘而设计。当时进行过一段时间研究，但由于产品使用环境狭窄，并且存在产品自 身寿命问题，没有长期坚持下来。 到上世纪末期，一部分高压电器厂家，主要基于盈利为目的，进行大量宣传。到2004 年左右，国内一部分避雷器生产厂家，针对此产品搞了两个行业标准，使组合式过电压 保护器成为主导防雷产品。虽然在国内，该产品得到一定发展，但是国外，无论欧美， 还是俄罗斯和日本等国家，都没有该产品，IEC 标准也没提到该产品。所以说，组合式 过电压保护器是具有中国特色的产物。 二、组合式过电压保护器的产品特点 和单只金属氧化锌避雷器相比，组合式过电压保护器就是由四个避雷器单元组成的 四星形结构，如图1。每个单元按照相电压参数设计，相单元和地单元加起来按照线电压 设计。以35kV 系统为例，过电压保护器每个单元按照35/ √3kV 来设计，单只金属氧化 锌避雷器直流1mA参考电压为不小于73kV，而组合式过电压保护器每个相单元直流1mA 参考电压为不小于42kV ，地单元不小于31kV 。 第 1 页 共 3 页 三﹑组合式过电压保护器缺点 1、运行过程内部阀片荷电率高，产品自身寿命短 组合式过电压保护器是三个相单元和一个地单元组成的四星形结构，正常运行时， 中性点电压为零，每个相单元电压为系统相电压，以35kV 系统为例，正常运行时，相单 元电压为40.5/ √3=23.4kV，阀片荷电率为23.4 ×√2 ÷42=78.8% 。 单只金属氧化锌避雷器正常运行时也是承担相电压23.4kV ，而单只避雷器直流1mA 参考电压为不小于73kV，阀片荷电率为23.4 ×√2 ÷73=45% 。 两者相比，正常运行时，组合式过电压保护器阀片荷电率比单只金属氧化锌避雷器 大将近一半，所以，内部阀片容易老化，寿命短。并且，由于相单元参数低，动作电压 低，在低幅值谐振时，本来系统设备能承担起，不用过电压防护，由于动作电压低，动 作频繁，容易损坏。 2 、产品保护可靠性差 组合式过电压保护器由于阀片荷电率高，老化快，所以，主流产品设计为每个单元 内部都有串联间隙，来降低阀片荷电率。间隙保护缺点明显：主要是过电压大范围保护 配合参数确定困难，放电分散性大；工频续流较大，灭弧能力较差；间隙动作会产生截 波，对变压器绝缘不利。 3、产品结构复杂，成本高 组合式过电压保护器由于四星形结构，最早是四个单元一列安装，但是高低柜设计 都是按照三相来考虑，所以产品近几年主要做成三柱，地单元放置在底座内，虽然这种 整体结构方便了安装，但是由于要处理地单元在底座内部绝缘，产品结构复杂，成本高， 并且安装维护都不方便。如果一个单元出问题，整台产品就报废。 4 、产品寿命和产品性能相矛盾 如果为了产品自身寿命可靠，只有把每个单元参数加高，但是，参数高了，保护性 能变差，所以，这是相矛盾的。 四、风电场风机升压变压器过电压保护装置使用建议 1、风电场由于发电机数目多，自然条件恶劣，投切频繁，容易产生谐振，弧光接地 等过电压，对组合式过电压保护设备考验极大，所以建议选用传统单只氧化锌避雷器。 这样产品自身和保护性能稳定。 第 2 页 共 3 页 2 、在风电场风机升压变压器内置的避雷器主要是保护变压器免受过电压损坏，变压 器绝缘主要对两方面进行保护，一方面是匝间绝缘，另一方面是相地绝缘保护。因为变 压器相间绝缘远大于相地绝缘，只要相地绝缘保护到位，相间绝缘自然也就保护了。所 以，没有必要使用组合式过电压保护器。 3、同时，我们知道风电场过电压频繁，避雷器动作相对比较频繁，建议增大避雷器 方波通流容量和额度电压，也就是增大避雷器的吸收能量的能力。