1．防范的基本原則
為了實現(xiàn)對過電壓的可靠防護，保障電氣設備以及保護器自身的安全運行，必須針對過電壓產(chǎn)生的原因、持續(xù)時間、量值范圍等采取針對性防護措施。一套完備的保護必須具備以下三個要素，缺一不可。
1）保護的全面性：保護要考慮系統(tǒng)各種可能的過電壓，而不是針對某一種工況。如MOA只能限制系統(tǒng)相對地過電壓，而對相間過電壓則無能為力。
2）絕緣配合的可靠性：對過電壓防護的目的是為了保護設備絕緣的安全，所以保護裝置的參數(shù)設計必須與設備的絕緣耐受能力進行合理匹配。
3）保護裝置自身的安全性：在對電氣設備能夠可靠保護的前提下，保護裝置自身必須能夠安全運行，否則，不僅保護不了設備絕緣，反而造成系統(tǒng)中的事故隱患。
2．外部過電壓的防護
對于直擊雷及感應雷過電壓，目前國內(nèi)較多的采用避雷網(wǎng)、避雷針進行防護；對于雷電侵入波過電壓，由于其表現(xiàn)形式主要為相對地過電壓，一般采用MOA加以防護。對這類保護措施，國內(nèi)應用很多，技術比較成熟，這里不再詳述。
3．瞬時內(nèi)部操作過電壓的防護
如前所述，內(nèi)部過電壓主要表現(xiàn)為相間過電壓，三星型接法的MOA對相間過電壓基本沒有防護作用，在這種情況下，安裝組合式避雷器是一種可行的保護方案。
相對于老式的MOA，KY組合式避雷器一般采用四星型接法，如圖2所示。由A、B、C、D四個保護單元兩兩組合成六只完整的避雷器，分別保護三相對地過電壓和相間過電壓，使保護的全面性大大提高，2種電機型避雷器的電氣特性對比見表1。
圖2 組合式避雷器基本原理
表1 10kV MOA和組合式避雷器電氣特性比較表
（單位：kV）
見表
由表1可見，MOA保護動作后的瞬時殘壓值偏高，對雷電產(chǎn)生的相對地過電壓保護作用比較勉強，對相間過電壓完全沒有保護作用。而KY組合式避雷器對相地過電壓和相間過電壓具有同等的保護作用，相對地過電壓的保護性能優(yōu)于避雷器，而相間過電壓更是下降了60%~70%，保護的全面性以及與電動機絕緣水平（25kV）配合的可靠性都大大提高。
4．間歇性弧光接地過電壓的防護
耐受過電壓和限制過電壓是兩個不同的概念，耐受過電壓是指避雷器在一定幅值、一定時間的過電壓作用下，不會發(fā)生異常和爆炸。避雷器必須能夠耐受瞬時的內(nèi)部操作過電壓，否則自身安全無法保障。但是，對于間歇性弧光接地過電壓，由于其作用時間的不確定性，要求避雷器完全能夠耐受顯然是不經(jīng)濟、不合理的。對這類過電壓，一般采用中性點經(jīng)消弧線圈的運行方式，或者安裝XHB消弧限壓裝置。
中性點消弧線圈接地的保護方式主要原理是利用電感電流與電容電流在相位上差180°的原理，用電感電流補償對地電容電流。但現(xiàn)行所有以消弧線圈設計的自動跟蹤補償或自動調(diào)諧是在電網(wǎng)工頻（50Hz）下完成的。電網(wǎng)在單相間歇性電弧接地時刻，在健康相（非故障相上）發(fā)生的弧光過電壓和通過電弧接地故障點的總電流是幅值較大的高頻電流，而電網(wǎng)電容和消弧線圈電感在高頻下，兩者頻率特性是完全不同的，兩者在高頻下互相補償或調(diào)諧具有一定的難度。即使消弧線圈的感性電流能完全補償容性電流，中性點位移電壓U0將很高。過補償方式可減小中性點位移電壓，但失諧度大，將使線路接地電流太大，電弧不易熄滅，那么弧光過電壓仍然存在。所以，消弧線圈自動跟蹤或自動調(diào)諧可以對電容電流進行一定程度上的補償，減少弧光接地發(fā)生的幾率，但是不可能像一些雜志所報道的能“消除弧光接地過電壓”，甚至在某些情況下可使過電壓值更大。
XHB消弧限壓裝置是在不改變系統(tǒng)運行方式的情況下，采用計算機集中監(jiān)測，利用氧化鋅（ZnO）非線性電阻元件與消弧電阻組合限壓消弧，基本原理如圖3所示。綜合控制器ZK通過對信號轉換器ST以及電阻輸送的信號進行計算處理，判斷故障相別及屬性，根據(jù)過電壓性質以及接地屬性分別做出處理。
圖3 XHB基本原理圖
對于瞬時的雷電過電壓或操作過電壓等，由ZnO電阻對過電壓進行限制并吸收其能量，過電壓的消除后，系統(tǒng)自動恢復正常工作。如果接地故障是穩(wěn)定的金屬性接地，則ZK僅發(fā)出故障相別的指示信號，由微機選線裝置查找接地故障點，并警報值班人員進行排除。如果接地故障是間歇性弧光接地，首先由ZnO電阻將過電壓限制在一個較低的水平，并提供信號給綜合控制器ZK，ZK通過對信號轉換器以及ZnO電阻提供的信號進行計算處理，判別出接地故障發(fā)生的相別及接地性質，發(fā)出指令將對應相的快速電子開關KD閉合，使滅弧電阻投入，系統(tǒng)由不穩(wěn)定的弧光接地轉變?yōu)榉€(wěn)定的電阻接地，將弧光消除，把過電壓控制在規(guī)程允許的范圍以內(nèi)，同時進行故障的查找及排除。
XHB保護方式，可以快速地抑制作用時間長、對系統(tǒng)及設備安全威脅最大的弧光接地過電壓，消除諧振過電壓。同時，系統(tǒng)中的各類過電壓均被限制到較低電壓水平，其限制過電壓的功能將比裝設消弧線圈更可靠、更完善；整套裝置限制過電壓的機理與電網(wǎng)對地電容電流的大小無關，因而其保護性能不隨電網(wǎng)運行方式的改變而變化，電網(wǎng)的擴大也無影響。該裝置特別適用于環(huán)境比較惡劣但又必須保護供電連續(xù)性的冶金、化工等企業(yè)。
為了進一步加強系統(tǒng)的可靠性，也可以將消弧線圈與XHB同時使用。當系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地時，通過消弧線圈進行補償，如果補償后接地電流較小，電弧可自選熄滅，XHB不動作；否則XHB可以準確動作，有效限制系統(tǒng)弧光接地過電壓。
李學斌 郭思君
為了實現(xiàn)對過電壓的可靠防護，保障電氣設備以及保護器自身的安全運行，必須針對過電壓產(chǎn)生的原因、持續(xù)時間、量值范圍等采取針對性防護措施。一套完備的保護必須具備以下三個要素，缺一不可。
1）保護的全面性：保護要考慮系統(tǒng)各種可能的過電壓，而不是針對某一種工況。如MOA只能限制系統(tǒng)相對地過電壓，而對相間過電壓則無能為力。
2）絕緣配合的可靠性：對過電壓防護的目的是為了保護設備絕緣的安全，所以保護裝置的參數(shù)設計必須與設備的絕緣耐受能力進行合理匹配。
3）保護裝置自身的安全性：在對電氣設備能夠可靠保護的前提下，保護裝置自身必須能夠安全運行，否則，不僅保護不了設備絕緣，反而造成系統(tǒng)中的事故隱患。
2．外部過電壓的防護
對于直擊雷及感應雷過電壓，目前國內(nèi)較多的采用避雷網(wǎng)、避雷針進行防護；對于雷電侵入波過電壓，由于其表現(xiàn)形式主要為相對地過電壓，一般采用MOA加以防護。對這類保護措施，國內(nèi)應用很多，技術比較成熟，這里不再詳述。
3．瞬時內(nèi)部操作過電壓的防護
如前所述，內(nèi)部過電壓主要表現(xiàn)為相間過電壓，三星型接法的MOA對相間過電壓基本沒有防護作用，在這種情況下，安裝組合式避雷器是一種可行的保護方案。
相對于老式的MOA，KY組合式避雷器一般采用四星型接法，如圖2所示。由A、B、C、D四個保護單元兩兩組合成六只完整的避雷器，分別保護三相對地過電壓和相間過電壓，使保護的全面性大大提高，2種電機型避雷器的電氣特性對比見表1。
圖2 組合式避雷器基本原理
表1 10kV MOA和組合式避雷器電氣特性比較表
（單位：kV）
見表
由表1可見，MOA保護動作后的瞬時殘壓值偏高，對雷電產(chǎn)生的相對地過電壓保護作用比較勉強，對相間過電壓完全沒有保護作用。而KY組合式避雷器對相地過電壓和相間過電壓具有同等的保護作用，相對地過電壓的保護性能優(yōu)于避雷器，而相間過電壓更是下降了60%~70%，保護的全面性以及與電動機絕緣水平（25kV）配合的可靠性都大大提高。
4．間歇性弧光接地過電壓的防護
耐受過電壓和限制過電壓是兩個不同的概念，耐受過電壓是指避雷器在一定幅值、一定時間的過電壓作用下，不會發(fā)生異常和爆炸。避雷器必須能夠耐受瞬時的內(nèi)部操作過電壓，否則自身安全無法保障。但是，對于間歇性弧光接地過電壓，由于其作用時間的不確定性，要求避雷器完全能夠耐受顯然是不經(jīng)濟、不合理的。對這類過電壓，一般采用中性點經(jīng)消弧線圈的運行方式，或者安裝XHB消弧限壓裝置。
中性點消弧線圈接地的保護方式主要原理是利用電感電流與電容電流在相位上差180°的原理，用電感電流補償對地電容電流。但現(xiàn)行所有以消弧線圈設計的自動跟蹤補償或自動調(diào)諧是在電網(wǎng)工頻（50Hz）下完成的。電網(wǎng)在單相間歇性電弧接地時刻，在健康相（非故障相上）發(fā)生的弧光過電壓和通過電弧接地故障點的總電流是幅值較大的高頻電流，而電網(wǎng)電容和消弧線圈電感在高頻下，兩者頻率特性是完全不同的，兩者在高頻下互相補償或調(diào)諧具有一定的難度。即使消弧線圈的感性電流能完全補償容性電流，中性點位移電壓U0將很高。過補償方式可減小中性點位移電壓，但失諧度大，將使線路接地電流太大，電弧不易熄滅，那么弧光過電壓仍然存在。所以，消弧線圈自動跟蹤或自動調(diào)諧可以對電容電流進行一定程度上的補償，減少弧光接地發(fā)生的幾率，但是不可能像一些雜志所報道的能“消除弧光接地過電壓”，甚至在某些情況下可使過電壓值更大。
XHB消弧限壓裝置是在不改變系統(tǒng)運行方式的情況下，采用計算機集中監(jiān)測，利用氧化鋅（ZnO）非線性電阻元件與消弧電阻組合限壓消弧，基本原理如圖3所示。綜合控制器ZK通過對信號轉換器ST以及電阻輸送的信號進行計算處理，判斷故障相別及屬性，根據(jù)過電壓性質以及接地屬性分別做出處理。
圖3 XHB基本原理圖
對于瞬時的雷電過電壓或操作過電壓等，由ZnO電阻對過電壓進行限制并吸收其能量，過電壓的消除后，系統(tǒng)自動恢復正常工作。如果接地故障是穩(wěn)定的金屬性接地，則ZK僅發(fā)出故障相別的指示信號，由微機選線裝置查找接地故障點，并警報值班人員進行排除。如果接地故障是間歇性弧光接地，首先由ZnO電阻將過電壓限制在一個較低的水平，并提供信號給綜合控制器ZK，ZK通過對信號轉換器以及ZnO電阻提供的信號進行計算處理，判別出接地故障發(fā)生的相別及接地性質，發(fā)出指令將對應相的快速電子開關KD閉合，使滅弧電阻投入，系統(tǒng)由不穩(wěn)定的弧光接地轉變?yōu)榉€(wěn)定的電阻接地，將弧光消除，把過電壓控制在規(guī)程允許的范圍以內(nèi)，同時進行故障的查找及排除。
XHB保護方式，可以快速地抑制作用時間長、對系統(tǒng)及設備安全威脅最大的弧光接地過電壓，消除諧振過電壓。同時，系統(tǒng)中的各類過電壓均被限制到較低電壓水平，其限制過電壓的功能將比裝設消弧線圈更可靠、更完善；整套裝置限制過電壓的機理與電網(wǎng)對地電容電流的大小無關，因而其保護性能不隨電網(wǎng)運行方式的改變而變化，電網(wǎng)的擴大也無影響。該裝置特別適用于環(huán)境比較惡劣但又必須保護供電連續(xù)性的冶金、化工等企業(yè)。
為了進一步加強系統(tǒng)的可靠性，也可以將消弧線圈與XHB同時使用。當系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地時，通過消弧線圈進行補償，如果補償后接地電流較小，電弧可自選熄滅，XHB不動作；否則XHB可以準確動作，有效限制系統(tǒng)弧光接地過電壓。
李學斌 郭思君
環(huán)保知識
職業(yè)衛(wèi)生