自1980年以来‚ 电站类避雷器通常基于各种不同类型的金属氧化物变阻器。尽管设计 为能耐受多数电力系统涌流‚ 这些变阻器仍有可能过载或失效‚ 导致故障电流将流过 避雷器的芯体。但由于这是在其寿命周期内预期会发生的事件‚ 避雷器被设计为既能 传导又能耐受高水平的故障电流‚ 不会发生对附近的设备造成连带损坏风险的爆裂。 在本专栏中‚ 我希望能向读者提出一些建议‚ 如何最好地评估是否依据使用避雷器的 系统‚ 正确地确定了他们的避雷器的额定值。以下是一些必须预先注意的基本概念:

1. 与雷电电流不同‚ 故障 (或短路) 电流是发生短路时从电力系统注入的电流。如果短 路发生在避雷器内部‚ 这被理解为是避雷器传导的故障电流。

2. 避雷器爆裂不是由雷电流引起‚ 而是归因于当故障电流加热并使外套内部材料汽化 产生的气体。雷电流能导致故障电流‚ 但是如果没有持续的故障电流‚ 就不会发生 任何爆裂。

3. 避雷器被设计为在其使用寿命中能数次传导雷电流‚ 这些动作通常不会导致失效或 故障。如果某次避雷器动作的确导致了失效‚ 它将可能成为低阻抗的入地通道‚ 并 导致持续的故障电流。

4. 避雷器被设计为一旦导通故障电流一次‚ 它们的使用寿命就宣告结束。若给避雷器 施加第二次故障电流‚ 例如重合闸时‚ 可能会导致其爆裂。

5. 当为新的或旧的应用场所选择避雷器时‚ 检查避雷器位置处的故障电流与避雷器单 元额定耐受的故障电流相一致是很重要的。

与所有关键避雷器参数一样‚ 故障电流耐受能力的验证是由高电流实验室的测试完 成 (参见Smeets博士在INMR 104期的专栏)。有关的试验流程可在IEEE C62.11以及 IEC60099-4中找到‚ 最新修订于2009年‚ 是少数在两个标准中描述一致的避雷器试 验之一。

IEEE应用指南C62.22却仍然没有涉及评估故障电流的耐受能力‚ 因此‚ 作为更新该指南的工作组成员‚ 我希望能够填补这个遗漏。 虽然IEC60099-5在避雷器选型程序的部分确实涵盖了故障电流评 估‚ 但我认为这个指南需要更好地阐明如何正确地执行这一步骤。

为了确定故障电流耐受能力‚ 最根本的测试程序是给避雷器施加 指定的故障电流‚ 预期避雷器在整个周期内不间断地承受这一电 流。在此期间‚ 允许避雷器发生破裂但其碎片不能飞出超过一定 的界限‚ 这个界限是以避雷器单元高度的两倍为直径的圆形区域。 按照这两个标准中‚ 所有避雷器必须有额定的故障电流或短路电 流‚ 并且必须根据它们的设计在两个或四个电流水平下进行测试。

避雷器设计A具有大量内部空气腔‚ 而设计B则没有可测量 到的内部气腔。最常用于设计A类电站类避雷器的测试电流 是：63kA、25kA和12 kA (有效值)‚ 维持12个循环‚ 并在1秒下 600amps+/-200amps有效值 (图中绘出了峰值水平)。设计B类 通常只会在63kA及600amps下测试。

为了帮助理解如何应用故障电流的测试结果‚ 我开发了一个图表‚ 称为 ‘避雷器故障电 耐受能力曲线’‚ 显示了标准中避雷器的测试电流。图表被分为三个区域‚ 即爆裂风险 增高区‚ 爆裂低风险区和未知区‚ 描述了如果避雷器耐受这些幅值和持续时间的故障 电流后可能会发生什么。随后‚ 通过绘制避雷器安装点的预期故障电流并分析其穿过 的区域可以评估故障电流性能寿命的终结。

本图展示了两个均被认证具有63kA短路能力的避雷器‚ 经历了来自两个不同回路的 故障电流‚ 并比较了不同位置的故障电流对避雷器的影响。绿色曲线代表了一个开 关站的避雷器经历的故障电流‚ 峰值为17,000安培‚ 中断时间0.0028秒; 蓝线代表了 一个发电站避雷器在寿命终止期间可能传导的故障电流。在这种情况下‚ 电流没有 被切断‚ 但会随着发电机的速度变慢而衰减。开关站的避雷器看似应该表现良好‚ 在 故障电流事件中没有破裂。相比之下‚ 由于进入了高风险爆裂区‚ 发电站避雷器的性 能值得怀疑‚ 应该咨询该避雷器的供应商。

由这两个例子可见‚ 看起来似乎是简单的 ‘是或否’ 的命题有时候被证明要复杂得多。

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