避雷器也叫过电压限制器,是电力系统里的关键设备。它主要作用是保护电气设备,不让雷电过电压以及操作过电压把设备损坏。我们选避雷器的时候,选得对不对特别关键 —— 直接关系到电网能不能安全稳定运行,还会影响被保护设备能用多久。下面,我就跟大家梳理科学选型要遵循的五大核心原则,都是实际干活儿能用到的要点。
一、系统匹配性原则
选避雷器,得先让它跟所在电力系统的具体参数对上,这是选型的基础。基础打不好,后面很容易出问题。
系统电压是核心参数,主要看 “持续运行电压”(Uc)还有 “额定电压”(Ur)这两个值。
持续运行电压(Uc)指的是允许长期加在避雷器两端的工频电压有效值。这个数值必须比系统最大持续运行相电压大,不然避雷器在正常工作时会加速老化,用不了多久就可能坏了,到时候还得返工换设备。
额定电压(Ur)是指避雷器能承受规定次数、规定波形操作过电压的最大工频电压有效值。我们选这个数值时,得考虑系统单相接地故障的情况 —— 这种时候非故障相的电压会升高,所以 Ur 通常不能低于系统最高运行线电压的某一倍数,具体是多少倍,要根据中性点接地方式来定。
另外,系统接地方式对选型影响也很大。就拿非有效接地系统来说,像消弧线圈接地的系统,一旦发生单相接地,健全相电压会升高到线电压,并且会持续运行。这种情况就要求避雷器的 Uc 还有 Ur 值更高,不然扛不住电压冲击,避雷器很容易被击穿。
二、保护水平与被保护设备绝缘配合原则
避雷器的根本目的是保护设备,所以它的保护水平必须低于被保护设备的绝缘耐受强度,而且要留够安全裕度,这样才能真正起到保护作用,不然设备还是会被过电压打坏。
保护水平主要看避雷器在标称放电电流下的残压。残压说白了,就是当大电流冲击避雷器时,它两端剩下的电压。这个数值必须低于被保护设备的雷电冲击绝缘水平(BIL)以及操作冲击绝缘水平(SIL),要是残压太高,设备还是会被过电压损坏,那避雷器就白装了。
绝缘配合要遵循 “伏秒特性配合” 原则。简单说就是,在整个冲击电压波形的时间里,避雷器的残压 —— 包括连接线的压降 —— 形成的伏秒特性曲线,得一直处于被保护设备绝缘伏秒特性曲线的下面。通常要求保护裕度,也就是用设备 BIL 除以避雷器残压得到的数值,不小于 15%~20%,这样才能有足够的安全空间,应对突发的过电压情况。

三、能量吸收能力与耐久性原则
避雷器工作的时候,要承受并安全消散过电压产生的能量。所以它自身得有足够的能力,不能吸收能量的时候自己先坏了,那可就起不到保护作用了。
标称放电电流用来划分避雷器的等级,常见的有 5kA、10kA 等,它代表避雷器能承受 8/20μs 雷电流波形的峰值。我们选型时,要根据电站的重要性、雷电活动的强度来选对应的等级。一般线路侧的避雷器不低于 5kA,变电站内的不低于 10kA,这样才能应对不同场景的雷电冲击,避免被大电流烧坏。
操作冲击电流耐受能力也很重要,尤其是在操作过电压频繁的系统里。拿投切电容器组的系统来说,操作时很容易产生过电压,这种情况下避雷器得有足够的方波通流能力(就 2ms 方波电流来说是比较常见的要求),这样才能吸收操作过电压产生的能量,避免自己被损坏。
还有长持续时间电流冲击耐受能力,这个能力主要是模拟线路波过程,考验避雷器的热稳定性。我们得确保它在长时间电流冲击下也能稳定工作,不会因为过热而失效。
四、运行环境与结构型式适应性原则
避雷器的物理结构得适应它的安装环境,环境不一样,适合的结构也不同,不然在恶劣环境里很容易出故障。
我们首先要区分户内和户外使用场景。户外型的避雷器得有良好的防污闪性能,它外绝缘的爬电距离要根据当地的污秽等级来确定,不然容易因为灰尘、油污堆积导致绝缘失效,引发事故;户内型的避雷器就没有这么严格的防污要求,环境相对干净很多。
我们还要考虑环境的气候以及机械条件,比如环境温度、风速、地震烈度这些。这些因素都会影响避雷器的使用,得确保它的机械强度能满足安装环境的要求,不然可能会因为风吹、地震这些外界条件损坏,比如瓷套破裂之类的问题。
类型选择上,现在主流的是无间隙金属氧化物避雷器(MOA)。它的核心是氧化锌电阻片,有很好的非线性伏安特性,响应速度快,而且没有续流,大部分场景都适用。不过在一些特殊场合,就保护有剧烈操作过电压的电动机来说,也可以考虑用有串联间隙或者并联间隙的避雷器,能更好地应对特殊的过电压情况。
五、监测与附属设施原则
选避雷器不能只看它本身的性能,还得考虑后续的运行维护,所以要配上必要的监测和维护手段,这样才能及时发现问题,减少故障隐患。
放电计数器是必配的,它能记录避雷器的动作次数。我们通过这个计数器,能了解避雷器的工作情况,比如动作次数突然变多,可能说明系统过电压问题变频繁了,得及时排查原因。它还能为运行维护还有事故分析提供依据,方便我们判断系统有没有异常。
对于重要设备用的避雷器,我们可以配在线监测器,拿泄漏电流监测仪来说就很常用。它能实时监测避雷器的阻性电流分量,这样我们就能及时发现阀片受潮或者老化等早期缺陷,不用等避雷器完全坏了才发现问题。这样既能减少故障带来的损失,还能避免突然停电影响系统运行。
恩彼迈避雷器选型是一项系统性的工作,要遵循 “系统匹配为基础、绝缘配合为核心、能量耐受为保障、环境适应为条件、监测维护为辅助” 的综合原则。我们设计人员得结合具体工程的计算还有实际条件,仔细选择技术参数匹配、性能可靠的产品,这样才能给电力系统筑起坚固的过电压防护屏障,让电网稳定运行。
