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阻容吸收原理：三相組合式過電壓吸收器詳解

為防止系統(tǒng)內(nèi)部瞬間過電壓沖擊（主要為斷路器、接觸器開斷產(chǎn)生的操作過電壓）對重要電氣設(shè)備的損傷，通行的做法是在靠近斷路器或接觸器位置安裝氧化鋅避雷器（MOA）或阻容吸收器進(jìn)行沖擊保護(hù)。比較兩類產(chǎn)品性能上的優(yōu)點，氧化鋅產(chǎn)品的優(yōu)點主要在能量吸收能力強，可以用于防雷電等大電流沖擊；阻容吸收器的優(yōu)點主要在于起始工作電壓低，可有效吸收小電流沖擊對設(shè)備的影響。由于傳統(tǒng)避雷器或阻容吸收器是單極式，一端接母排一端接地，雖可以有效吸收相對地過電壓，但起不到相間過電壓的保護(hù)作用。故近年來推廣三相組合式過電壓吸收器，將上述兩類產(chǎn)品做成通過中性點再接地形式，以起到相間保護(hù)作用。

10年來三相組合式過電壓吸收器的推廣實踐顯示，以非線性氧化鋅電阻片元件為主的組合式產(chǎn)品整體事故率較低，事故主要在于個別廠家的個別批次產(chǎn)品生產(chǎn)工藝上的失誤。嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品均能安全使用多年。相反，以薄膜電容元件為主的組合式阻容吸收器事故率較高，原因不明的電容器損壞事故時有發(fā)生。因此自2002年以后，主要的組合式阻容吸收器生產(chǎn)廠家均在其產(chǎn)品電容上串聯(lián)間隙或其它元件將電容器從正常系統(tǒng)中隔離，以防止繼續(xù)出現(xiàn)電容燒毀事故。對于此類問題，目前通行的解釋是：由于電容器為頻敏元件，對系統(tǒng)高頻諧波敏感性高。一旦系統(tǒng)諧波比較嚴(yán)重，就將使電容頻繁處于工作狀態(tài)，無法有效散發(fā)能量，積累導(dǎo)致Z終燒毀。這也是后來普遍裝設(shè)間隙或其它隔離元件的理論依據(jù)。但是，據(jù)此理論做出的組合式阻容吸收器，由于存在隔離裝置，使小電流區(qū)域阻容吸收器較氧化鋅型產(chǎn)品的性能優(yōu)勢有所降低；而在大電流區(qū)域阻容吸收器較氧化鋅型產(chǎn)品又有先天上的不足。那么能不能做出一種既不犧牲性能又保障安全的組合式阻容吸收器？我們對此有全新的認(rèn)識。

我公司長期生產(chǎn)氧化鋅型限壓產(chǎn)品和阻容吸收型產(chǎn)品，依據(jù)我們的實際經(jīng)驗，認(rèn)為過去電容燒毀頻頻的主要原因，并不能完全歸罪在諧波超標(biāo)，而是其它問題。只要克服這個問題，就可以生產(chǎn)出一種無須隔離裝置依然可以長期安全使用的組合式阻容吸收產(chǎn)品。使組合式阻容吸收器真正在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于氧化鋅類產(chǎn)品。

在討論此之前，需要先明晰氧化鋅類組合式產(chǎn)品A、B、C、E四個模塊的常規(guī)配置方式。按照業(yè)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家的企標(biāo)和今年剛通過審批的機械部部標(biāo)，通行的配置方式如下： 電壓值：相模塊+地模塊=普通MOA 其中相模塊稍高于地模塊，或在相模塊中裝設(shè)間隙。 通流值：組合式各模塊均高于普通MOA也就是說，在氧化鋅電阻片的配置數(shù)量上，任意相模塊+地模塊=普通MOA；在氧化鋅電阻片的能量吸收能力上，組合式產(chǎn)品優(yōu)于普通MOA。

這里存在一個技術(shù)上的爭議。普通MOA一端接母線，一端接地線，系統(tǒng)電壓正常時其承受電壓為相電壓。組合式產(chǎn)品的這種配置，表面上看是假設(shè)相模塊+地模塊串聯(lián)后一起承受相電壓。然而事實上絕非如此簡單。因為A、B、C三個相模塊下部連為一體，相當(dāng)于電阻星型連接。在系統(tǒng)電壓穩(wěn)定時，O點為標(biāo)準(zhǔn)的中性點，電位應(yīng)為零（見附圖）。我們剛才假設(shè)的相+地串聯(lián)共同承受相電壓的情況并不成立。實際的情況是系統(tǒng)正常時，零電位點在地模塊的上端而非下端。相模塊需要單獨承受持續(xù)的相電壓。我們知道，氧化鋅電阻片兩端承受電壓超過持續(xù)運行電壓，使用壽命會急劇下降，數(shù)小時內(nèi)就將損壞。故在組合式產(chǎn)品出現(xiàn)早期，有人據(jù)此預(yù)測其不可行，必然使用不久就事故不斷。

可是實踐結(jié)果確是多年下來，絕大多數(shù)產(chǎn)品經(jīng)受了時間的考驗。那么是不是說上述的擔(dān)心是錯誤的？我們認(rèn)為不是。只是由于氧化鋅的一個特殊性造成理論與實際的不符合。這個特殊性就是所有組合式產(chǎn)品均為中壓系統(tǒng)產(chǎn)品，沒有在高于35kV以上的高壓系統(tǒng)中使用過。我們知道，國內(nèi)中壓系統(tǒng)中性點一般是不直接接地的，存在單相接地故障下相電壓提高為線電壓的情況。在制訂以防雷限壓為根本目的的避雷器通行GB11032新標(biāo)準(zhǔn)時，為保障安全，是以避雷器能承受持續(xù)線電壓升高而不損壞來設(shè)計參數(shù)的，正常電壓下存在一個不小于1.7倍的裕度。

在進(jìn)行組合式配置時，適當(dāng)?shù)奶岣呦嗄K的電阻片數(shù)量或加裝間隙給電阻片分壓，就完全可以滿足電阻片數(shù)量幾乎減半依然安全使用的目的。這樣做既顯著提高了產(chǎn)品使用中的限壓性能，事故率又不會高。（附帶說一點，組合式產(chǎn)品在出現(xiàn)系統(tǒng)單相接地時，由于中性點漂移等原因，并適當(dāng)增大通流容量，是能夠承受短期相電壓升高到線電壓的。新部標(biāo)規(guī)定的組合式產(chǎn)品相極參數(shù)雖有一點偏低，實際生產(chǎn)中進(jìn)行適當(dāng)提高，安全性上沒有大的問題。）

氧化鋅型產(chǎn)品組合式改進(jìn)事實上的成功，使一些技術(shù)上的問題被掩蓋了。于是阻容吸收器在進(jìn)行組合式改進(jìn)時基本上照搬了氧化鋅減半的做法�，F(xiàn)行的組合式阻容吸收器，基本上也就是按相模塊十地模塊=普通阻容吸收器的模式進(jìn)行配置。這種完全照搬的做法，在這里卻產(chǎn)生了一個電容耐壓上的嚴(yán)重問題。

阻容吸收器的耐壓能力，一般參照GB311標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以10kV為例，參考新老GB311標(biāo)準(zhǔn)的不同，各廠家電容交流1min耐壓標(biāo)準(zhǔn)均在30~42kV左右。即使Z不嚴(yán)格的執(zhí)行311標(biāo)準(zhǔn)，耐壓30kV也基本上滿足安全要求了�？墒窃谶M(jìn)行三相組合式配置以后，30kV的耐壓指的不是單個模塊，而是相模塊+地模塊之和。通過對上面氧化鋅型產(chǎn)品爭議的分析不難看出，其實上單個相模塊就將承受整個相電壓，實際使用中電容相模塊耐壓真實能力僅為國標(biāo)的一半。

那么電容器有沒有象氧化鋅那樣有較大可以挖掘的安全裕度呢？沒有。因為阻容吸收器用電容為了具有強自愈功能，采用的為金屬化薄膜電容器。雖然理論上執(zhí)行GB11024電力電容器標(biāo)準(zhǔn)，耐壓應(yīng)有兩倍左右裕度，但是金屬化薄膜電容器并不包括在此標(biāo)準(zhǔn)中。事實上金屬化薄膜電容多為電機專用，生產(chǎn)廠家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)實際為GB3667。此標(biāo)準(zhǔn)對電容超壓的要求僅為1.1倍。根據(jù)我們長期對各電容生產(chǎn)廠家產(chǎn)品實測的結(jié)果，在超壓1.5倍下均耐受不到10秒鐘就將出現(xiàn)頻繁的擊穿和自愈循環(huán)，根本堅持不到1min。這與MOA超壓1.7倍以上還可以長期使用形成了鮮明的對比。如果耐壓能力不足，阻容吸收器這種頻敏設(shè)備諧波的侵害當(dāng)然會變得很明顯。但這恐怕不能僅歸罪于諧波超標(biāo)。

因此，我們認(rèn)為導(dǎo)致組合式阻容吸收器電容頻頻出事的主要原因，是盲目照搬氧化鋅型產(chǎn)品組合化的經(jīng)驗，引發(fā)電容耐壓不足造成的，而不是主要在于諧波超標(biāo)。加裝間隙或其它隔離元件后產(chǎn)品安全了也并不是消除了諧波侵害的原因，而是因為隔離元件給電容分了壓，電容兩端在正常電壓下的分壓變小了，因此安全了。

綜上所述，我們設(shè)計產(chǎn)品思路的關(guān)鍵是必須將各個相模塊的電容耐壓能力提高。我公司高性能組合式阻容吸收器將相模塊的耐壓能力提高了一倍，使相模塊單獨就能達(dá)到GB311的耐壓要求。同時在其它元件上做少量變動進(jìn)行輔助，不再加裝間隙等隔離裝置，可以有效保證電容的安全運行。而放棄間隙等隔離裝置，大大提高了阻容吸收器的小電流響應(yīng)性能，使阻容吸收器在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于氧化鋅型產(chǎn)品。特別適用于耐壓能力不足的電機類設(shè)備的過電壓保護(hù)，對普通電氣設(shè)備也具有遠(yuǎn)高于現(xiàn)行各類產(chǎn)品的保護(hù)特性。

首頁 > 技術(shù)資料 > 日期：2022-6-25 來源：www.anarchyalive.com 作者：李工 瀏覽量：