[精选]电能质量与安全9949.pptx

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1、电能质量与安全 2010-7-12I 电能质量 电力有源滤波器OSSINE 动态无功补偿器OSAQII 电能安全 中压系统相间过电压防护电能质量的背景用户电力系统的问题用户电力系统的问题节能降耗电力系统电力供应的可靠性电力系统供电的电能质量用电设备的安全性用户用电设备对电力系统的影响来自其他用户用电设备的影响电能计量电能质量的背景DFACTSDFACTS技术对用户的意义技术对用户的意义为用户提供节能降耗的方法保证电力系统电力供应的可靠性改善电力系统供电的电能质量提高用电设备的安全性减小用户用电设备对电力系统的影响消除来自其他用户用电设备的影响准确实现用户的电能计量谐波补偿的背景随着电力电子技术

2、的发展，大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域，如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等，故国内外电网中的谐波污染状况日益严重。美国电力科学研究院EPRI最近的报告指出，全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元。在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出，严重影响到各种类大型厂矿的正常生产，如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业，以及IT和大规模微电子集成电路企业，造成产品报废，生产线停产，生产设备的寿命骤减甚至损坏。谐波补偿的目标即是通过有效的手段，减少谐波的生成和影响。电力有源滤波器OSSINE什么是谐波用一句话来说，就是与标准的三角函数不一致的波

3、形。一般说来，采用傅立叶分解可以将这些波形分解成为工频的三角函数波形的倍数频率或分数次频率的波形的级数和。谐波补偿后波形应仅含有标准的、工频三角函数波形。波形中其它频次的三角函数波形含量应小于国家标准。电力有源滤波器OSSINE谐波治理对于用户的意义谐波治理对于用户的意义对用户用电可靠性安全性的提高谐波对于用户的用电设备有着极大的影响，谐波治理本身就是对用和自身用电可靠性的一个保证。供电的品质不仅仅在于电力部门提供的电能，也在于用户自身用电对电能质量的维护上。节能降耗的实际体现同样忽略公式推导，我们也可以理解谐波治理对于节能降耗的作用。如前述，当谐波治理后，我们仅剩下标准的工频波形，就是说除了

4、必要的有功功率外，多出来的其他部分都已经通过补偿解决，故而谐波补偿显然具有节能降耗的效果。用户电压品质的保证用户侧由于谐波的存在，将导致负荷端电压的下降，因此，谐波的补偿可以对用户电压品质起到改善作用。电力有源滤波器OSSINE谐波的危害谐波的危害使旋转电机和变压器过热、振动和噪声，降低变压器额定容量，缩短电机使用寿命使电力电容器组工作不正常，甚至造成热击穿损坏使线路损失加大、电缆过热、绝缘老化，严重时会使电缆“放炮”影响电力系统中的发电机、调相机、继电保护和自动装置，严重时会引发设备误动作，造成重大事故使电能计量等产生误差严重干扰通信、计算机系统、高精度加工机械，检测仪表等用电设备的使用大大

5、提高了电网谐振的可能损坏电网中敏感设备导致中线电流过大，造成中线发热甚至火灾 电力有源滤波器OSSINE现阶段滤波器技术主要是有源滤波器与无源滤波器，其技术比较如下：电力有源滤波器OSSINE无源滤波器无源滤波器电力有源滤波器电力有源滤波器构造与原理构造与原理由单调滤波器和高通滤波器组成的装置进行谐波补偿采用电力电子装置进行谐波补偿谐波补偿效果谐波补偿效果仅对某些次谐波有好的补偿效果好，当谐波成分变化时补偿效果变差不局限于某些次谐波的补偿，而且对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿电网阻抗的影电网阻抗的影响响补偿特性受电网阻抗的影响很大补偿特性不受电网阻抗的影响谐振现象谐振现象特定频率下，电网阻抗

6、和LC滤波器之间发生并联或串联谐振，从而使谐波电流和电压放大与系统电网无谐振现象电力有源滤波器电力有源滤波器 APF Active Power Filter APF Active Power Filter电力有源滤波器（APF）是通过监测实时谐波状况，在线计算出所含谐波分量，产生相应的控制信号，去控制可关断功率器件一般是IGBT构成的逆变电路，产生所需补偿的电流谐波分量，并联接入产生谐波的主回路中，达到迅速的动态跟踪抑制谐波的效果。在需要的情况下，还可以补偿部分无功。电力有源滤波器OSSINE有源滤波器的基本原理有源滤波器的基本原理断路器合闸后，APF首先通过预充电电阻对DC母线的电容器充电，

7、这个过程是防止上电后对DC母线电容器的瞬间冲击。当母线电压Vdc达到额定值后，预充电接触器闭合。直流电容作为储能元件，通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。APF通过外部互感器采集电流信号送至控制PCB的谐波分离模块，该模块将基波成分分离，将谐波成分送至调节和监测模块。该模块会将采集到的系统谐波成分和ACTSine 已发出的补偿电流比较，得到差值作为实时补偿信号输出到驱动电路，触发IGBT逆变器将补偿谐波电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。电力有源滤波器OSSINE有源滤波器的结构有源滤波器的结构有源电力滤波器变流器 计算及控制模块 高频输出电抗器 输出滤波电抗器（可选）滤

8、波电容器 系统控制电路 人机界面 通信系统（可选）互感器接线端子 电力有源滤波器OSSINE有源滤波的主要技术有源滤波的主要技术谐波电流检测技术基于频域运算的方法瞬时空间矢量法自适应检测法神经网络实现的自适应检测法平衡式补偿算法补偿电流控制技术滞环比较控制无差拍控制滑窗动态补偿预测补点就位方法积分复位控制组合变流器载波相移控制直流侧电压控制技术PI控制神经网络控制APF逆变器拓扑结构软开关结构硬开关结构 电力有源滤波器OSSINE谐波电流检测及直流侧电压控制基本原理：针对有源滤波器电流谐波分量检测运算复杂，且在负荷电流变化时出现电源电流畸变现象，从直流侧电容电压与负荷有功电流的关系出发，并结合

9、有功电流的周期性特点，提出了基于直流侧电容电压周期离散控制的新型有源滤波器控制方法。该方法可以在实现有源滤波器直流侧电压线性化控制的同时获得负荷电流有功分量，显著提高了APF补偿谐波的速度，能够有效地避免负荷变化时出现电流畸变现象，并减轻负荷突变对电网的冲击。电力有源滤波器OSSINE补偿电流控制技术基本原理:该方法利用直流侧电压与电源电压的测量值,并根据平均电流模型可得到下一周期补偿电流的校正值。由校正值与滤波器输出电流测量值之和作为输出电流的反馈值。该算法充分利用了直流侧电压与电源电压的信息，提高了补偿电流的补偿速度和精度。电力有源滤波器OSSINE有源滤波器应用场合有源滤波器应用场合各类

10、变频设备不稳定负荷钢铁厂、有色冶金、港口机械、点焊机与电弧炉化工设备高精度自动化生产线各种整流设备、整流变压器各类恒温设备、微波炉中频炉通讯系统基站电脑、复印机、电梯、荧光灯、节能灯等照明负荷不间断电源(UPS)变频冷气机与中央空调 电力有源滤波器OSSINE所获专利滑动窗补偿算法相间平衡式补偿预测补点就位法的电力有源滤波器双反馈环的电力有源滤波器平衡式三相数字锁相环三分裂层叠母线紧凑型大功率变流器智能型温控变流器 电力有源滤波器OSSINE谐波治理案例谐波治理案例供配电情况用户主要负荷为冶炼用中频炉，主要生产电机机壳等铸件。用户采用一台400kVA、10kV/0.4kV变压器进行供电实际用电

11、情况经现场实际测量，用户实际用电情况如下：空载情况下，用户侧电压250V；满负荷运行时，用户侧电压235V；满负荷运行时，用电功率600kW；满负荷运行时，用电功率因数0.97超前；满负荷运行时，用电电流910A。电力有源滤波器OSSINE谐波治理案例谐波治理案例APF投入前情况采用谐波表对中频炉各种运行状态进行了测量，同时读取用户配电柜表头数据，从设备刚启动到设备满负荷运行，在有源滤波器投入前后，分别得到的数据如下：负荷电流电压有功功率功率因数电压畸变率THDv电流畸变率THDi220A252V166kW0.60滞后6%30%400A240V300kW0.97超前7.3%28.3%905A2

12、35V600kW0.97超前10%24.5%电力有源滤波器OSSINE负荷电流电压有功功率功率因数电压畸变率THDv电流畸变率THDi220A252V166kW0.60滞后6%30%400A240V300kW0.97超前7.3%28.3%905A235V600kW0.97超前10%24.5%谐波治理案例谐波治理案例录波波形 电力有源滤波器OSSINE无功补偿的背景随着区域电网互联的发展和负荷用电密度的增加，最大限度的发挥输电线路的设计容量和提高系统的运行稳定性的问题就日益突出。要解决该问题，首先要考虑系统的电压分布的情况。电力系统中的电压分布的情况和系统中的无功潮流分布的关系十分的密切。因此，

13、为了要调整系统的电压分布，必须要调整系统中的无功潮流的分布。在电力系统中，任何的用电装置以及输配电设备都要占用一定的无功功率。这时无功电流的存在使得线路的总电流加大，所以相对的增大了输配电线路的有功损耗，从而造成了电压下降、电能浪费，进一步恶化了电力系统电能质量。由于电网中的负载绝大多数为感性负载，因而可采用并联电容器组来进行无功补偿。通过对并联电容器组的投切控制来进行无功补偿是一种简单易行的措施，并且已经得到了广泛的应用。系统的无功得到了补偿，系统的电压分布情况就会相对提高。并联无功补偿也是调整系统电压的常用措施之一。无功补偿技术OSAQ无功的意义为负荷端电压与负荷电流的角差所产生。该角的余

14、弦值定义为功率因数。无功补偿后负荷端电压与负荷电流之间无角差。功率因数为1。负荷相当于电阻性负荷。无功补偿技术OSAQ无功补偿对于用户的意义无功补偿对于用户的意义国家的强制标准国家对于负荷端无功功率有明确的强制标准，一般功率因数不得低于0.9，低于部分目前采用要求用户支付无功电费的方式处理，高于0.95的，一般可以还得到相应的奖励。但注意：电网一般不希望过补偿形成电流超前于电压的情况。节能降耗的实际体现忽略公式推导，我们也可以理解无功补偿对于节能降耗的作用。如前述，当无功补偿实施后，我们可以得到一个相当于电阻性的负荷，就是说除了必要的有功功率外，多出来的其他部分都已经通过补偿解决，故而无功补偿

15、显然具有节能降耗的效果。用户电压品质的保证如前述，用户侧由于感性无功功率的存在，将导致负荷端电压的下降，因此，无功功率的补偿可以对用户电压品质起到改善作用。无功补偿技术OSAQ无功补偿技术的种类无功补偿技术OSAQSVC：静止无功补偿器3.ASVG/Statcom：静止同步补偿器4.并联电容投切的无功补偿1.TSC：晶闸管投切的电容器2.并联电容投切的无功补偿传统的静止并联无功补偿就是在被补偿的节点上安装电容器、电抗器或者它们的组合，用以向系统注入或从系统吸收无功功率。并联在节点上的电容器和/或电抗器通过机械开关按组别投入或退出。这种补偿方法有三个重要的缺点调节是离散的；调节速度非常缓慢，不能

16、满足系统的动态要求；电压负特性，即当节点电压降低（升高）时，并联的电容注入系统的无功功率也降低（升高）。无功补偿技术OSAQ一般适用于用户负载固定、无功需求相对较稳定的网络中，通常不能动态地跟踪系统的无功功率的变化，而且还很有可能和系统发生并联谐振，从而导致了谐波的放大，因而并联固定电容的方法目前正逐渐被淘汰。含电力电子技术的无功补偿随着功率半导体器件和微机控制技术的发展，用微机进行实时检测、跟踪负荷的无功功率的变化并且自动控制补偿电容的投切，就可以实现准确、快速的动态无功补偿，从而达到降低配电线路的线损、改善电网供电质量的目的。电力电子技术的无功补偿的发展经过了三个阶段：电子开关投切并联电容

17、的TSC、采用晶闸管可连续调节无功的SVC、采用IGBT实现有源控制的Statcom。无功补偿技术OSAQ无功补偿技术OSAQ晶闸管投切的电容器 TSC Thyristor Switched CapacitorTSC是由多个电容器组并联组成的，用反向并联的晶闸管阀作为投切开关，响应迅速（20ms），可靠性高。电容器在接通期间，向系统注入的无功功率为无功补偿技术OSAQ晶闸管投切的电容器 TSC Thyristor Switched Capacitor投入的时机一般选在电压过零点，但是切除后电容器的剩余电压在下一次投入时将产生冲击电流，因为 若 每次投切时产生冲击电流会对电容器产生影响，故电容器

18、一般选择自愈式电容，但随着使用时间的增长，电容值会发生变化。晶闸管投切的电容器 TSC Thyristor Switched Capacitor解决上述问题的方法一是采用放电线圈将电容器剩余能量消耗掉，当剩余电压为零后，再次投入依然在电压过零点投入即可。此方法的缺陷有二：一是消耗了能量，二是降低了TSC的响应速度，因为要将电容器的剩余电压降到可接受的值需要至少10分钟，也就是说，采用这种方法的TSC在10分钟内不能完成两次投入动作。第二种方法是把投入时机选择在系统电压与电容器剩余电压差最小时投入。这种方法检测电容器剩余电压与系统电压比对，在二者压差最小时投入，显然冲击电流将大为减小。应用上述方

19、法TSC的响应时间在20ms。无功补偿技术OSAQ投入点晶闸管投切的电容器 TSC Thyristor Switched Capacitor此外，可采取串联电抗器的方法限制冲击电流。这种处理方法还可以进一步调整为某个谐波频率的无源滤波器，在FACTS技术中称为FC或PF，显然，对于高次谐波滤波器，在工频50Hz上能够提供无功功率。多组TSC采用PF方式时，可以针对用户谐波的情况，在每组无源滤波器的配置上进行分配，以保证可对多种谐波的滤除作用。无功补偿技术OSAQ晶闸管投切的电容器 TSC Thyristor Switched Capacitor由上可知，TSC补偿是一个固定的补偿值，在用户无功

20、变化的情况下，会出现补偿不足或过补偿。这个问题可以通过增加TSC组数来实现，这使得补偿呈现阶梯效果。此外，TSC只能提供容性无功，也就是说，TSC是一个发出无功的设备，在负荷无功多余的情况下，不能吸收掉多余的无功功率。这个问题TSC是不能解决的。无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var CompensatorSVC的构成形式有多种，但基本元件为晶闸管控制的电抗器（TCRThyristor Controlled Reactor）晶闸管投切的电容器（TSCThyristor Switched Capacitor）注意到，TCR是晶闸管控制的电抗器，也就是说，这是一种相控元件

21、，晶闸管在其中的工作不仅仅是电子开关，它同时起一种调节器的作用。无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var Compensator1978年GE公司第一台投入运行后，SVC成为解决无功和电压问题的主要设备。到上世纪末，全世界SVC的技术基本由Simens、ABB、Alstom、日本东芝公司承揽。主要应用于电力系统、电气化铁道、金属冶炼等领域。发达国家在上世纪80年代到90年代是应用SVC技术的高峰时代，本世纪已趋于饱和，因此出现大量的产品输出。我国在本世纪初已掌握SVC的全部技术，目前市场上主要的产品来自鞍山荣信、中国国家电力科学研究院等。无功补偿技术OSAQ静止无功补偿

22、器 SVC Static Var Compensator基础原理图无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var Compensator由上述的原理图可见，SVC中TCR部分的功能是吸收无功功率，TSC部分的功能是发出无功功率，那么，根据负荷端的实际需要，控制TCR晶闸管的导通角，就可以连续调节无功功率的输出或吸收。由上可知，SVC是一个连续的、可生成正负无功的装置。同时，SVC可以保证响应调节速度在20ms内。无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var CompensatorSVC也具有一些缺陷，一是TCR的相控过程中，不可避免地出现大量的谐波，会影响

23、到系统的电能质量。这个问题的解决方法是可以将TSC做成无源滤波器，以滤除TCR产生的谐波，一般的SVC都采用这种方法，TSC同时备用2、5、7、11次滤波器，其中2次是为了防止晶闸管半面导通引起的半波不对称。二是SVC本身也依然是无源的设备，同样存在着电压负特性问题。这个问题SVC无法解决，只能采用更高端的Statcom来解决。三是SVC的损耗比较大，这是由于功率电子管的导通压降、电抗器的铜耗和升压变压器的各种损耗所引起。这个问题要通过各种工艺设计来解决。无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var CompensatorABB-250MVar+80MVar SVC，纳米比

24、亚无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var Compensator目标电力系统和原理图无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var CompensatorV-I曲线与电抗器无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var Compensator运行效果无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var Compensator主控制室无功补偿技术OSAQ静止无功补偿器 SVC Static Var Compensator目前国内已开始大量应用SVC，结合无源滤波器对电网、大型的冶炼企业进行无功和谐波的综合治理。“十一五”期

25、间，通过了“863”应用项目研究的内容即包括上述的要点。用户应采用这种新技术实现节能降耗和保护用户端电压稳定。无功补偿技术OSAQ静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator技术原理无功补偿技术OSAQ采用了基于直流侧电容采用了基于直流侧电容电压控制和电流环反馈电压控制和电流环反馈控制，从瞬时有功和无控制，从瞬时有功和无功能量在系统中传递的功能量在系统中传递的角度出发，以保持直流角度出发，以保持直流侧电容电压和发出的电侧电容电压和发出的电流为系统的无功电流为流为系统的无功电流为目标，建立了双闭环控目标，建立了双闭环控制系统，外环是直流电制系统，外环是

26、直流电压控制环，内环是交流压控制环，内环是交流电流控制环。电流控制环。控制方法控制方法静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator110kV，50MVar Statcom结构图无功补偿技术OSAQ静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator链式主接线无功补偿技术OSAQ静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator链式结构无功补偿技术OSAQ无功补偿技术OSAQ静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator控制总框图静止同步

27、补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator补偿效果：在额定内，可以达到完全补偿，不过补且不欠补。无功补偿技术OSAQ补偿前补偿后静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator动态补偿效果：响应迅速，无冲击电流。无功补偿技术OSAQ投入和退出过程动态跟踪过程动态跟踪过程静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator输出的谐波量：谐波含量极低，符合各类标准。无功补偿技术OSAQ仿真实测静止同步补偿器 STATCOM Static Synchronous Generator主要优

28、势：补偿效果好，在额定容量内可以完全补偿动态响应快，可达到即时响应抑制电压波动和闪变能力强无冲击电流和操作过电压等输出无谐波成分补偿后可实现三相平衡可适当补偿部分特征次谐波需要时可提供一定的有功功率输出缺点：价格较贵。无功补偿技术OSAQ几个结论无功补偿技术OSAQ无功补偿技术还处于不断发展中无功补偿技术还处于不断发展中1.现阶段电容器直接投入的方式仍有市场现阶段电容器直接投入的方式仍有市场2.SVC技术将在近两年有较大的实际应用技术将在近两年有较大的实际应用3.以新型变流技术为主导的装置潜力巨大以新型变流技术为主导的装置潜力巨大4.II 电能安全 中压系统相间过电压防护电力系统电力系统电力系

29、统电力系统过电压的过电压的过电压的过电压的分类分类分类分类内部内部内部内部过电压过电压外部外部外部外部过电压过电压过电压过电压操作操作过电压过电压电力系统过电压的分类电力系统过电压的分类暂时暂时过电压过电压大气大气过电压过电压谐振谐振过电压过电压切合空载线路切合空载线路过电压过电压切空载变切空载变过电压过电压工频工频过电压过电压弧光弧光过电压过电压中压系统相间过电压防护在真空断路器频繁操作的场合，当切合电抗器、高压电机、变压器等感性负荷时，会产生截流过电压、重燃过电压等；切合电容器组、电缆线路等容性负荷时，会出现重击穿过电压、弹跳过电压等。这些过电压以相-地、相-相过电压的形式危及电气设备的绝

30、缘。中压系统相间过电压防护传统的保护方式只考虑相-地过电压的保护。避雷器通常安装在相-地之间。如果使用无间隙氧化锌避雷器限制缓波前过电压到很低的保护水平时，不管变压器中性点状况如何，相-相过电压将达到避雷器相-地保护水平的两倍。中压系统相间过电压防护对35KV及以下中性点非直接接地的中压系统，一相电流的变化通过感应必然反应到另外两相，相位相反大小相等，相间过电压将达到相-地过电压的两倍。而在中性点非直接接地系统，被保护设备相-相和相-地绝缘是同一水平，这种相-相过电压将危及设备的相间绝缘。中压系统相间过电压防护随着真空断路器的广泛应用并成为中压系统的主流断路器，能否有效抑制相间过电压也成了过电

31、压防护领域的一个重大课题。最简单的解决方案就是同时在相间装置氧化锌避雷器。中压系统相间过电压防护法国钢铁技术协会1990年电弧炉电源系统的设计、维护和运行规则中就给出了如下图所示的保护回路。中压系统相间过电压防护中压系统相间过电压防护图中六只独立的氧化锌避雷器分别接在相-相和相-地间，完成相-相、相-地过电压的保护，我们称之为六柱式原理。中压系统相间过电压防护IEC60099-5：2000避雷器选择及使用导则中指出，当切除一个电抗器或感性负荷变压器时，在变压器或电抗器的相端间会产生相当大的过电压，除相-地避雷器外，相间也应装设避雷器，且相间避雷器的持续运行电压应等于或高于1.05倍的最高系统电

32、压。中压系统相间过电压防护防护相间过电压的原理很简单，但这一方案占用空间大，现场安装困难，特别在开关柜内难以推广使用。为解决这一问题，1990年前后，许多研究单位和生产厂家开发了三相组合式过电压保护器。中压系统相间过电压防护这种组合式保护器由四只氧化锌阀片单元组成，接成所谓的“四星形”接法。四只单元两两组合成完整的六只氧化锌避雷器，完成对相-地、相-相的过电压的保护，我们称之为三相四柱式过电压保护器。中压系统相间过电压防护中压系统相间过电压防护2005年，发布了JB/T10496-2005交流三相组合式无间隙金属氧化物避雷器在这个标准中，对组合式的定义是不准确的。“由四个元件组成，四个元件的一

33、端连接成一中性点，其中三个元件的另一端分别与被保护设备的A,B,C三相线连接，一个元件的另一端接地，其元件由非线性金属氧化物电阻片和相应的零部件组成，其外套为复合外套或瓷外套的避雷器。”显然这个定义将组合式保护器完全限定在“四星形”接法。中压系统相间过电压防护这种“四星形”原理给保护器人为制造出了一个中性点，使氧化锌阀片单元的运行工况完全发生了变化，并带来绝缘配合上的困难。原来由整只避雷器承受相-地运行电压，现在要由1/2只避雷器来承担，使得相间氧化锌阀片单元长期运行荷电率过高。中压系统相间过电压防护为了相间阀片单元的运行可靠性，不得不提高相间单元的额定电压，由于相间过电压主要为操作过电压，因

34、此适当提高额定电压可以满足绝缘配合要求。但要兼顾相-地过电压的保护水平，在相间单元额定电压提高的同时，地相单元的额定电压被降低。当系统发生单相接地时，地相单元承受相电压作用，过低的额定电压使得地相单元容易发生热崩溃。中压系统相间过电压防护这种三相四柱组合式过电压保护器，要求氧化锌阀片压比好、荷电率高、能容量大，这是产品设计制造的主要难点。以当时的氧化锌阀片制造水平而言，达不到应用要求。为此，这类“四星形”结构的产品，不得不装入火花间隙对氧化锌阀片单元进行保护。中压系统相间过电压防护中压系统相间过电压防护目前国内大量生产和运行的组合式过电压保护器均为带间隙结构。按结构，有六间隙，四间隙，三间隙和

35、单间隙。按间隙又分为容性间隙和阻性间隙，目前市场上的主导产品为容性四间隙产品。2006年，发布了JB/T10609-2006交流三相组合式有串联间隙金属氧化物避雷器。这一标准的制定，只考虑了阻性间隙类产品，而排除了市场主导产品容性间隙类产品，因此标准出台后对产品的生产和选型起不到指导意义。阻性间隙实际上可归类于并联间隙，而容性间隙为串联间隙。标准的内容与标准的名称都做不到严格意义上的一致。中压系统相间过电压防护带间隙组合式过电压保护器的设计理念是：氧化锌阀片和串联间隙互为保护：间隙使氧化锌阀片荷电率减小或为零；氧化锌阀片的优异的非线性伏安特性又使间隙放电后无续流，间隙不再承担灭弧任务，提高了寿

36、命。中压系统相间过电压防护基于这一设计理念，组合式过电压保护器间隙数量大为减少，10KV及以下产品直接采用了单间隙结构，用容性、阻性或绝缘瓷环作为支撑，间隙电极则采用了“草帽”电极的结构，这种间隙不再承担灭弧任务。也正是由于这一设计理念，给这类产品的安全运行留下了隐患。中压系统相间过电压防护第一，由于必须通过空气来使间隙动作，组合式过电压保护器结构变得复杂，制造工艺难以控制。产品密封不良，生产和运行中受潮成为组合式过电压保护器事故率高的主要原因之一。在几十年的碳化硅有间隙避雷器产品的运行中，85%以上的事故原因皆因受潮引起，并导致事故率偏高。而无间隙氧化锌避雷器产品结构简单、可靠，产品密封很容

37、易实现。加入间隙的组合式过电压保护器回到了间隙避雷器时代，且结构更为复杂。中压系统相间过电压防护第二，间隙不再承担灭弧任务的设计理念，使得“草帽”电极的设计和制造都很粗糙，动作时的电弧很容易造成电极灼伤。严重的是，保护器在系统弧光接地等引起的电压升高情况下动作时，间隙通过工频或高频续流，不具备一定灭弧能力的间隙必然被烧毁。这也是在多起单相接地引起弧光过电压的事故中，带间隙的组合式过电压保护器承受不了暂时过电压发生爆炸而在同一条线路上的邻近无间隙氧化锌避雷器却安然无恙的主要原因。中压系统相间过电压防护第三，由于间隙的隔离作用，影响这类产品运行安全的一个关键问题是不能实现有效的在线监测和离线检验。

38、目前这类产品的例行试验和预防性试验主要是工频放电电压试验这一项，而这一试验的结果完全不能反应保护器内部的缺陷和隐患。如瓷环绝缘明显下降的产品，及密封不良的产品在运行一定的时间后，内部已严重受潮，但工放值却不会反应出变化。这一问题带来的直接后果是大量在网上运行的有缺陷的产品无法有规则淘汰，一直运行到出故障才能发现，给电力系统安全运行带来严重威胁。中压系统相间过电压防护带间隙三相四柱组合式过电压保护器运行十多年来，事故率居高不下并呈上升的趋势，部分用户行业或地方甚至不惜放弃对电气设备的正常相间保护而拒绝使用组合式过电压保护器。除了各生产厂家的制造水平和质量控制带来的产品责任，设计上的先天缺陷是主要

39、原因。中压系统相间过电压防护要解决这些问题，我们可回溯到最早、最简单的解决方案，即六柱式原理。显然，六柱式原理的应用遇到的最主要问题是现场安装问题。而在当时，直接采用六柱式原理设计组合式产品，结构上不容易实现。中压系统相间过电压防护近年来，新材料新工艺的应用，使大量的高压电气设备向紧凑型、小型化发展，六柱组合式过电压保护器的生产运行也成为了可能。中压系统相间过电压防护首先，配合真空浇注工艺，近20年来环氧树脂已作为主绝缘材料大量应用于变压器、互感器、绝缘子等领域，其电压等级范围也由10KV发展到35KV，正好适合组合式过电压保护器在中压领域的应用。通过紧凑化全绝缘处理，六柱式原理的组合式过电压

40、保护器结构上不难做到小型化，解决安装问题。中压系统相间过电压防护其次，氧化锌阀片的性能近年来提高很快，配合六柱式结构，可以实现无间隙并保证安全运行。十多年来，无间隙氧化锌避雷器已完全取代传统的带间隙碳化硅避雷器，其可靠性已得到实际运行的验证和支持。中压系统相间过电压防护运行于35KV及以下中性点不接地系统的氧化锌避雷器，其额定电压及持续运行电压在GB11032-2000版中，较GB11032-1989进行了大幅提高，如35KV避雷器额定电压由42KV提高到51KV，持续运行电压由23.4KV提高到40.8KV。持续运行电压实际上是按最高线电压来设计的，在线电压下运行其荷电率也不到75%，完全可

41、以保证氧化锌阀片的安全运行。而大量在网上运行500KV及以上无间隙氧化锌避雷器，其荷电率在85%左右。中压系统相间过电压防护无间隙氧化锌避雷器能得以安全运行的一个重要保障，就是可以进行有效的在线监测和离线检验，有问题的产品会通过在线监测及预防性试验检验出来提前发现问题退出运行，不给电力系统留下安全隐患。中压系统相间过电压防护所有这些条件的综合，使得带间隙三相四柱组合式过电压保护器的升级换代成为现实，将向六柱无间隙组合式产品发展。中压系统相间过电压防护中压系统相间过电压防护几点结论：现有的组合式产品存在设计上的缺陷，行业标准起不到指导作用。随着运行时间的增加，这些产品将对电力系统的安全运行造成严重威胁。组合式产品的升级已十分迫切，无间隙组合式是发展方向。