新型避雷器脫離裝置用脫離器的研究

郝東新 王森 李偉 藺斯源 趙琨

摘 要：對(duì)脫離器的使用環(huán)境和運(yùn)行狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并闡述了脫離器的運(yùn)行原理和現(xiàn)有脫離器存在的主要問(wèn)題，討論問(wèn)題產(chǎn)生的原因，針對(duì)這些原因，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際需要，確定了一種新型脫離裝置用脫離器的各項(xiàng)性能指標(biāo)?；谏鲜鲋笜?biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和試制，隨后對(duì)提出的性能指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，確保了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可靠性。

關(guān)鍵詞：脫離器;熱爆式;避雷器;安秒特性;密封特性

0? ? 引言

脫離器作為避雷器的一種常規(guī)附件，與避雷器串聯(lián)使用[1]。當(dāng)避雷器出現(xiàn)異常故障時(shí)，若避雷器中流過(guò)的工頻短路電流過(guò)大，則會(huì)讓脫離器動(dòng)作，接地端脫開(kāi)，避雷器退出系統(tǒng)運(yùn)行，以避免出現(xiàn)線路短路跳閘現(xiàn)象，阻止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，且給出清晰可見(jiàn)的問(wèn)題避雷器脫離標(biāo)記，方便維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題設(shè)備并進(jìn)行維修或更換。脫離器作為有效的脫離手段已被應(yīng)用于各種避雷器。在歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家及地區(qū)的電力系統(tǒng)中，避雷器用脫離器的應(yīng)用相比國(guó)內(nèi)起步早，且發(fā)展更為迅速，配電類避雷器及線路懸掛式避雷器均安裝了脫離器。目前在國(guó)內(nèi)，脫離器仍未大范圍應(yīng)用在各個(gè)區(qū)域和領(lǐng)域內(nèi)[2-3]。

目前，國(guó)內(nèi)35 kV及以下電壓等級(jí)各型避雷器在農(nóng)網(wǎng)、電廠、地鐵和變電所等關(guān)鍵場(chǎng)所已經(jīng)廣泛應(yīng)用;對(duì)于無(wú)間隙線路避雷器，由于安裝地點(diǎn)多為城郊、野外、山區(qū)等交通不便利、人煙稀少的區(qū)域，巡檢代價(jià)高、維護(hù)成本大，即便有新的巡檢方式，如無(wú)人機(jī)、在線遠(yuǎn)傳等，也由于避雷器的重要程度不高和檢驗(yàn)手段不多等因素，需要更加免維護(hù)的保障。

近年來(lái)，對(duì)于脫離器在線路避雷器上的應(yīng)用需求，已經(jīng)不局限于35 kV及以下電壓等級(jí)，而是逐漸擴(kuò)展到高電壓等級(jí)。國(guó)內(nèi)目前已有不少帶脫離器的避雷器在運(yùn)行，但因成本和制造水平的原因，在使用過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，不能完全滿足使用要求[4]。基于此，本文著重介紹了一種新型脫離器。

1? ? 當(dāng)前脫離器存在的主要問(wèn)題

脫離器安裝的效果是在避雷器發(fā)生故障時(shí)防止事故的進(jìn)一步惡化，且有利于對(duì)設(shè)備的完好程度進(jìn)行辨識(shí)。目前，在國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)脫離器存在運(yùn)行可靠性不夠高的問(wèn)題，其中典型的可靠性問(wèn)題有：拒動(dòng)作（即避雷器發(fā)生故障但脫離器未發(fā)生脫離）、誤動(dòng)作（即避雷器完好而脫離器發(fā)生脫離）等[5]。經(jīng)過(guò)分析，常見(jiàn)故障的主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）脫離器的密封性能。膠合面漏水、外殼龜裂、電極氣孔、受力后外殼或粘接面破損都會(huì)對(duì)脫離器的密封性能造成影響，導(dǎo)致水分或水蒸氣進(jìn)入。通過(guò)脫離器泄放過(guò)電壓能量時(shí)內(nèi)部的水分會(huì)被加熱而瞬間汽化，因此產(chǎn)生水錘效應(yīng)，脫離器脫落導(dǎo)致誤動(dòng)作。

（2）脫離器外殼質(zhì)量欠佳。其外殼多使用塑料外殼或膠木，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間日曬和雨水侵蝕會(huì)出現(xiàn)外殼老化情況，導(dǎo)致開(kāi)裂，外殼與金屬電極膠合的環(huán)氧樹(shù)脂出現(xiàn)裂縫，密封性能下降。

（3）脫離器機(jī)械強(qiáng)度不滿足長(zhǎng)期使用要求。脫離器在安裝過(guò)程和運(yùn)行時(shí)需要耐受一定的機(jī)械力，重點(diǎn)是安裝過(guò)程中脫離器的抗扭強(qiáng)度和長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的拉伸強(qiáng)度。抽樣數(shù)據(jù)表明，許多脫離器在承受安裝時(shí)的正常扭矩后，內(nèi)部間隙結(jié)構(gòu)及尺寸就會(huì)發(fā)生變化，電氣性能也會(huì)相應(yīng)受影響。另外，常規(guī)安裝方式下脫離器受到線路運(yùn)行的舞動(dòng)和風(fēng)擺影響，在緊固連接的狀態(tài)下，外殼會(huì)因機(jī)械應(yīng)力的累計(jì)作用發(fā)生破裂。

（4）脫離器內(nèi)部的間隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，承受多次大電流后，間隙燒毛后發(fā)生拒動(dòng)。

（5）動(dòng)作電流設(shè)置不可控。流過(guò)脫離器的電流僅為毫安級(jí)時(shí)脫離器發(fā)生動(dòng)作（當(dāng)避雷器在戶外淋雨時(shí)，其漏電流可達(dá)到毫安級(jí)），會(huì)出現(xiàn)避雷器未損壞時(shí)脫離器發(fā)生脫離的誤動(dòng)作[6]。

2? ? 新型脫離裝置用脫離器的研制

2.1? ? 脫離裝置結(jié)構(gòu)

本文論述的脫離器用于新型脫離裝置，新型脫離裝置由連接板A、支撐絕緣子、連接板B、連接板C、顏色標(biāo)記及脫離器組成（圖1）。脫離裝置可用于330 kV及以下電壓等級(jí)的線路避雷器產(chǎn)品，分散性小，安裝方便，機(jī)械性能可靠，脫離標(biāo)記明顯，而脫離裝置的主要電氣元件為脫離器，脫離器的性能對(duì)脫離裝置有關(guān)鍵性作用。

2.2? ? 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脫離器性能的要求

在現(xiàn)行的脫離器標(biāo)準(zhǔn)中，如《交流電力系統(tǒng)金屬氧化物避雷器用脫離器》（NB/T 42059—2015）和《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》（GB/T 11032—2020）均對(duì)脫離器的基本性能提出了要求：

（1）電氣耐受性能。脫離器的常規(guī)使用條件與避雷器完全相同，使用過(guò)程中若避雷器不發(fā)生損壞，脫離器就不應(yīng)發(fā)生動(dòng)作，脫離器在持續(xù)運(yùn)行電壓下或承受各種正常過(guò)電壓時(shí)，不應(yīng)發(fā)生動(dòng)作，耐受各種沖擊電流的能力應(yīng)與避雷器相同[7]。標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定為：脫離器和避雷器的要求一樣，必須通過(guò)動(dòng)作負(fù)載和額定重復(fù)轉(zhuǎn)移電荷兩項(xiàng)試驗(yàn)，而其中動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)包含了較為重要的大電流沖擊耐受試驗(yàn)，以上試驗(yàn)就是模擬避雷器正常工作時(shí)需能耐受的工況。

（2）機(jī)械性能。脫離器應(yīng)具備一定的機(jī)械性能，包括耐受額定拉伸負(fù)荷、額定彎曲負(fù)荷和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷?！督涣麟娏ο到y(tǒng)金屬氧化物避雷器用脫離器》（NB/T 42059—2015）中分別給出了三類機(jī)械強(qiáng)度需滿足的最低指標(biāo)或計(jì)算方式，分別為不低于1 000 N的拉伸負(fù)荷、不低于500 N的彎曲負(fù)荷以及不低于20 N·m的扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。

（3）動(dòng)作性能。避雷器出現(xiàn)問(wèn)題（典型的為出現(xiàn)工頻故障電流）時(shí)，脫離器應(yīng)具有良好的動(dòng)作特性，就是能夠準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠地動(dòng)作，避免發(fā)生惡性事故。脫離器發(fā)生脫離后，脫離點(diǎn)應(yīng)有明顯、安全的絕緣距離，避免高壓端與地之間無(wú)法耐受工頻電壓而發(fā)生二次短路事故。安秒特性試驗(yàn)是驗(yàn)證脫離器動(dòng)作性能的重要試驗(yàn)[8]。

（4）密封性能。脫離器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中與被串聯(lián)避雷器具備同樣的外部環(huán)境，因此，脫離器須耐受與避雷器相同的密封條件。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其需要考慮因密封不良帶來(lái)的潮氣浸入，繼而引起脫離器性能劣化造成的誤動(dòng)作。標(biāo)準(zhǔn)中以溫度循環(huán)和密封試驗(yàn)進(jìn)行考核[9]。