一、    系统概况

1.    进线：110KV两条进线，分110KVⅠ段母线和110KVⅡ段母线，内桥式接线；

2.    主变：两台有载调压主变；

3.    10KV：单母线分段，10KVⅠ段母线由1#主变经901开关供电，带21条出线和1台PT柜；10KVⅡ段母线由2#主变经902开关供电，带23条出线和1台PT柜；10KV母联开关为930开关；

4.    过电压防治措施：两条110KV进线均有一组避雷器；每台主变中性点均有放电间隙和避雷器；10KV两台PT柜内均有避雷器；10KV开关柜断路器采用的是真空断路器且均配有避雷器；

5.    负荷：10KV出线侧均采用电缆出线负荷是高压电压、配电变压器及其他感性负荷。

二、    系统过电压风险辨识和可靠性分析

1.   110KV避雷器配置不完善：

从整个系统中可以看出110KV侧只有两条进线侧有避雷器，两条母线上没有避雷器来防止大气雷击过电压，由于110KV配置的是室外设备，倘若避雷针对110KV设备保护范围有盲区，再加上贵公司所处的地理位置属雷电多发地区，室外电气设备的绝缘易受到大气雷击过电压的破坏；

2.   10KV系统存在操作过电压：

10KV系统设备均为室内开关柜配置，断路器采用的是真空断路器。真空断路器在开断变压器、高压电动机等感性负载时会产生截流过电压、三相同时开断过电压和多次重燃过电压等，统称为操作过电压。

操作过电压不仅产生在相对地而且产生在相间，而避雷器在设计时是按相对地过电压设计的，过电压产生在相对地时避雷器可以起到保护保护作用。但是，当过电压产生在相间时，避雷器需要两单只ZnO动作来限制过电压，如果过电压的幅值大于单只ZnO的动作值，却小于两单只ZnO动作幅值之和，这时避雷器就不动作，而这个过电压幅值却又超过了设备的绝缘耐压值，最终将会使以固体为绝缘的电气设备绝缘遭到破坏。

真空断路器开断高压电动机时产生的相间操作过电压在通常情况下是相地操作过电压的1.5～2.0倍。真空断路器开断高压电动机时，特别是在开断启动过程中的电动机时，相间操作过电压有时可能会超过4倍的额定电压，严重危及电动机的绝缘。

3.   10KV系统没有防治弧光接过电压的措施：

10KV系统为中性点非直接接地系统，并且出线全部采用的是电缆出线。当发生单相间歇性弧光接地（以下简称 “弧光接地”）故障时，由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配，在非故障相的电感—电容回路上引起高频振荡过电压。对于架空线路，过电压幅值一般可达3.1～ 3.5倍相电压；对于电缆线路，过电压幅值可达4～7倍相电压。在以电缆线路为主的供电电网中， 在绝缘击穿或电弧重燃时，过渡过程中产生的高频电流，可达数百安培甚至上千安培。

弧光接地过电压产生的原因是由于固体绝缘设备的增多、真空断路器的大量采用、内部过电压得不到有效限制、外部原因（如雷击、鸟害、断线、树枝等外力破坏以及阀式避雷器放电）等。弧光接地过电压加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏、导致烧PT或保险熔断、以及避雷器和过电压保护器爆炸的事故。

4.   10KV系统没有采取防止铁磁谐振过电压造成烧PT和保险熔断的安全措施：

在10KV中性点不接地系统中，虽然电源侧的中性点不直接接地，但电压互感器的高压侧中性点是接地的。当系统发生单相接地故障时，由于电压互感器的铁心线圈相当于与电容器并联，构成了可能产生谐振的并联电路，会造成相对地电压升高√3倍后，导致电压互感器的铁心出现饱和或接近饱和，阻抗变小，电路中出现容抗和阻抗相等的情况，从而产生了铁磁谐振，导致烧PT或保险熔断。

三、    系统过电压解决方案

1、110KV避雷器配置不完善的防范措施：

a、在110KV两条母线上各增加一组无间隙复合外套氧化锌避雷器；

b、对进线侧上的避雷器做相关的试验，如性能降低很多就及时更换性能更好的无间隙复合外套氧化锌避雷器；

c、检查避雷针在保护110KV设备时是否存在保护盲区，如有对避雷针进行整改。

2、防治10KV系统操作过电压：

在每台10KV开关柜出线侧均安装性能和通流量大的HQLB系列大容量防爆过电压保护器。

HQLB系列大容量防爆过电压保护器的作用是用来限制大气过电压和操作过电压的幅值，吸收过电压能量，防止过电压对系统设备的绝缘造成损害。跟普通的ZnO避雷、无间隙四星型接法的组合式过电压保护器、三间隙四星型ZnO过电压保护器、与RC阻容保护器等相比较：

a、不仅能限制大气过电压还能限制操作过电压中的相对地过电压和相间过电压；

b、正常运行时由于放电间隙与氧化锌阀片相串联的结构，使两者互为保护，放电间隙使氧化锌阀片的荷电率为零，氧化锌良好的非线性特性又使放电间隙动作后立即熄弧，无续流，提高产品的使用寿命；

c、内部结构的最新设计及新材料的应用解决放电分散度问题，且冲击系数基本为1；

d、有明确的过电压限制值，没有增加系统中对地电容电流，吸收能量大的优点。

由于市场上普通的过电压保护器在生产工艺和选材上不良导致过电压发生事故。我公司针对现场事故的原因进行分析，以及对发生事故的保护器解剖，事故的原因有以下三点：

a、受潮（占总事故的85%）。

主要是因为密封失效所导致的，有两个明显特征：阀片侧釉有明显的电弧烧灼痕迹；电极表面有明显的铜绿。

普通的过电压保护器间隙和阀片通过环氧筒套装，内部有大量的空气会产生呼吸现象，在内部产生凝露，放电间隙被氧化使放点距离变小，生产环境工艺控制不严，密封不好，阀片受潮导致内部短路出现爆炸事故。

我公司采用阀片整体模压、间隙下沉,不采用传统方式-环氧筒套装，防止产生呼吸现象；现场生产环境严格控制，保持恒温恒湿的环境，不至元器件受潮；

b、热崩溃（占总事故的10%）。

主要是因为通流容量不足所导致的，有两个明显特征：阀片端面被击穿或击裂；电极尖端被烧熔。

现在过电压保护器一般用的Ø42阀片，通流量为400A  2ms，根据阀片直径和密度不同，有的根本达不到这个通流量，甚至有的厂家用 Ø16阀片,通流量只有50A  2ms ，不能吸收系统过电压时能量比较大的过电压。

我公司加大阀片的通流量(用Ø52的阀片)，达到600-800A   2ms，从而解决了通流量不足的问题。

c、位置错误（占总事故的5%）。

主要是因为电压等级选错或保护对象用错所导致的，有两个明显特征：阀片端面被击穿或击裂；电极尖端被烧熔。在安装使用前我公司与用户密切联系，选择与电压等级、保护对象都相对应的型号。

另外为了便用用户提早发现过电压对设备绝缘破坏的隐患，我们采用了带三相六路智能数字计数器功能。可分相记录过电压次数，时刻反映并记录被保护设备的过电压发生状况，记录三相六路的过电压次数，预知系统故障，为分析事故提供依据。若发现某一相过电压次数明显增多，则应及时检查线路，查找原因。

3、防治弧光过电压和铁磁谐振过电压的措施：

在10KV系统两条母线上各安装一台HQLXH系列智能型消弧消谐装置。

消弧装置能迅速将弧光接地故障转化为金属性接地，则故障电弧熄灭，同时将弧光过电压限制在线电压水平。非故障相上的过电压立即稳定在√3倍，系统中的设备可以在这个电压下安全运行，给值班员提供转移负荷及查找故障点的时间，不至使设备绝缘被击穿或开关跳闸。我公司的消弧装置不仅具有上述功能，还具有抵制铁磁谐振使PT烧毁和保险熔断的功能。

目前市场上的消弧消揩装置存在变电站空母线送电时误动作、发生弧光过电压时合真空接触器合错相、高压熔断器经常熔断、故障点恢复时瞬间电流可能会引起PT熔丝熔断等事故发生。这些现象是由于：

a、判据不合理;

b、消弧消谐控制器受电磁干扰引起的误判，在发生弧光接地时，合闸合错了相，引起了相间短路。即抗干扰能力不够;

c、设计时熔断器选择过小，消弧消谐装置动作后，造成熔丝熔断。消弧消谐装置动作后，运行值班人员不知道情况（后台通讯联不上），故障情况下长时间运行，如另一相再有接地，引起短路;

d、高频电流的影响导致高压限流熔断器熔断;

e、互感器饱和点低;

f、故障点恢复时，瞬间电流对电压互感器及熔断器的冲击，引起电压互感器熔丝熔断（严重时可能造成PT损坏）。

我公司针对以是现象及发生的原因对消弧消谐装置进行了大量的改进。具体如下：

A、不采用传统的单片机来控制（单片机的抗干扰能力最多做到抗干扰III级）而是采用抗干扰能力更好的32位DSP、双CPU技术。抗干扰能力达IV级, 通过电气性能、环境及安全检验和电磁兼容检验。使控制器减少受环境和电磁干扰的影响，防止装置的误动,动作更迅速，2个周波(40ms)之内快速合闸熄弧，避免事故扩大，让用户放心；

B、针对熔断器选小问题，我公司要求技术人员与设计院或用户落实好系统参数，以保证对消弧消谐装置的参数满足系统要求；不在不合理的系统中使用消弧装置，如直接接地、小电阻接地系统；提高装置的抗干扰能力，防止装置误合闸导致熔丝熔断；

C、针对消弧动作后，用户不知道情况，故障情况下长时间运行造成另一相接地，引起短路。我公司在装置上增加了通讯功能，并通过国家继电器检测试验；

D、设计在满足系统要求的参数的情况下，提高电压互感器的饱和点。一般电压互感器饱和点在1.6-1.8倍相电压，我公司目前将互感器饱和点提高到2.0~3.5倍；利用32位DSP技术、双CPU技术的全频智能二次消谐能有效消除无论是接地时发生的谐振还是不接地时发生的谐振，更好地保护PT；

E、研发了一个新的产品，以防止接地电流对互感器及熔断器的冲击。当系统发生接地以后，PT中性点对地为高阻状态，待接地复位后，延时将高阻状态转变为低阻状态，从而保护电压互感器及PT熔芯；

F、不选择质量差、成本低的一次元器件（如铜的熔丝、铝做的真空接触器）

G、控制器里增加电容电流记忆功能。可以给增容扩容的用户系统或初设时选择的不合理，能对高压限流熔断器进行升级 ；

H、增加了零序接地保护，以保护有发电机及大电机的电力系统；

I、利用母联接点增加闭锁功能，防止消弧装置重复使用；

J、增加故障录波功能。可以通过波形反映是否发生弧光接地，并判断消弧装置是否动作（我们最新增加的功能）

K、装置具有启动外部设备接口，以保证与系统中的消弧线圈配合使用，解决煤碳系统对降低接地电容的要求；装置具有外部闭锁功能，确保装置与有发电机用户的系统配合使用。

L、六大故障记录功能：故障相别、故障性质、故障时的接地电流、故障的时间、故障时的三相电压、故障时的系统频率

M、六大故障处理功能：系统断线故障系统金属接地故障系统弧光接地故障、系统低电压故障、系统过电压故障、系统谐振故障、

N、34项型式实验(只列出部分)：电快速磁场辐射抗扰度检验（四级）、静电放电抗扰度检验（四级）、振荡波抗扰度检验（三级）、基本功能检验、承受振动响应能力检验、防护等级、整组联动试验、机械特性试验、雷电冲击耐压试验、弧光接地试验等。

四、   总结

通过以上方案可以弥补贵公司系统中在防治过电压中的缺陷，但对于10KV系统频繁跳闸的原因，仅仅从图纸上还不能完全的判定，需要我公司相关的技术人员到现场与贵公司相互配合依据实际的运行情况和事实，才能对具体的原因做出正确的判断。