智能電網：電力系統過電壓及絕緣配合方面存在的10

近幾年，閱讀到文刊上關于電力系統過電壓及其絕緣配合方面的文章，我認為其中有一些容易引起人們的誤導，綜合起來有10個問題，現提出來討論。

1. 誤導一：把人工沖擊電流波形命名自然雷電流標準波形

自然雷電流波形，世界各國實測得的對地放電雷電流波形基本一致，多數是單極性重復脈沖波，少數為較小的負過沖，一次放電過程常常包含多次先導至主放電的過程(分別為第一脈沖和隨后脈沖)和后續電流，放電脈沖數目平均為2-3個，最多記錄到42個。第一脈沖波前最大陡度達50kA/μs，平均陡度為32kA/μs，幅值可達200kA以上;第二脈沖波前陡度比第一脈沖大，可達100kA/μs以上，幅值比第一脈沖低，波尾都在100μs以上，也就是說，一次雷擊中是一連串的波長100μs以上脈沖波。見圖1。

在一些標準中或一些文獻上，檢驗(計算)物體(如桿塔、引流線)上的壓降，采用陡波前(波尾不規定)或1/4μs、1/10μs、2.6/50μs沖擊電流波形：檢驗防雷保護器(如金屬氧化物非線性電阻片，以下簡稱MOR)上殘壓，采用陡波(波前時間1μs)沖擊電流和8/20μs標稱沖擊電流;檢驗MOR通過雷電流能量能力，采用18/40μs，10/350μs，100/200μs沖擊電流;驗算變電所防雷保護可靠性時，傳統采用雷擊點反擊導線上沖擊波為直角波(波尾很長)的方法，這樣做，達到了主要目的，是可以接受的。但這些人工沖擊電流波形，都不是自然雷電流標準波形，與自然雷電流波形相差甚遠。

有人僅從“雷電流標準波形”名詞出發，使用很不當。例如，在驗算變電所防雷保護可靠性時，采用1/10μs或2.6/50μs波形，特別是波尾太短，這與傳統使用斜角波前無窮長波尾，驗算結果相差甚遠。又如，對MOR考核能量能力，有的僅用一次或兩次的1/4μs或4/10μs沖擊流，這與20次的18/40μs、10/350μs、100/200μs沖擊電流效應相差甚遠，偏低。

因此，人工沖擊電流不能命名自然雷電流標準波形。

2. 誤導二：按電壓等級對交流無間隙金屬氧化物避雷器(簡稱WGMOA)分類

GB11032-2000《交流無間隙金屬氧化物避雷器》§3.2避雷器分類，見表1(注：未全引，僅引有異議的)。

表1 避雷器分類

GB11032-2000打著等效IEC-60099-4(1991)的旗號，實際不等效。GB11032-2000聲稱“避雷器按其標稱放電電流分類”，實質是按其電壓等級分類。按電壓等級分類嚴重誤導WGMOA的應用選擇。若發生事故，將嚴重影響電力系統安全運行。

表1中In等級不同，試驗要求不同[見IEC99-4(1991)表1和GB11032-2000表13]。In實質上是代表WGMOA的本身安全運行指標高低和保護性能好壞。下面就表1中分類的“電站用、并聯補償電容器用、發電機用、電動機用以及低壓用的WGMOA分類”等造成的誤導弊病分別敘述。

2.1 電站用WGMOA

用于保護電力變壓器線圈Un=3～66kV側WGMOAR的In，按GB11032-2000§3.2表1中規定，In一律只能選5kA，不論其容量大小、重要性如何?事實上，電力變壓器線圈側Un = 3～66kV 側，容量大小和重要性相差很大，有的是幾個kVA，有的是幾十萬kVA，怎么能一律用In = 5kA的WGMOA?

電力變壓器線圈各側用的WGMOA的In等級不同，實質上是各側耐雷指標不同。各側耐雷指標不相配合，一次側(Un = 110kV及以上)耐雷指標高，二次側(Un = 3～66kV)耐雷指標低，因此電力變壓器防雷薄弱環節在二次側是顯而易見的，1990～1999年110kV及以上全國在役變壓器類設備(未包括農口管理的)運行情況及事故統計分析完全證實，均發生在電力變壓器二次側(Un = 3～66kA)被雷擊損壞[13][14]。

電力變壓器不論一次側，還是二次側，線圈損壞，后果都是一樣的，變壓器要停運修理。事實上，電力變壓器二次側(Un = 3～66kV)線圈損壞修理更困難些。

有人可能會認為，流過Un = 3～66kV的WGMOA的雷電流要小，這是誤解。CIGRE.WG33-01的1958年報告就指出：“通過閥式避雷器最大的雷電流是發生在中壓等級及以下者”。

選擇保護電力變壓器用WGMOA的In等級大小，實質是反映電力變壓器耐雷指標高低，即防雷保護風險程度。選用較高In等級WGMOA，實際是加強電力變壓器防雷保護可靠性。選用較高In等級WGMOA會增加造價，但相對于大型電力變壓器造價來說影響是很小的。

制造Un = 3～66kV的In = 10kA和20kA等級的WGMOA，在技術上是毫無困難的。

國外用于保護電力變壓器WGMOA各側均選用相同In等級的。西方制造企業WGMOA型錄中明確說明：電站型WGMOA，In為10kA和20kA兩個等級;In = 10kA的Ur為3-366kV;In = 20kA的Ur為3-800kV;配電型WGMOA的In才為5kA。用戶按需要選擇。

據悉，國內一些企業出口的Un = 3～66kV的WGMOA的In，有10kA…不同等級，任用戶選擇。真怪，為什么國內用戶，GB11032-2000規定只能用In = 5kA等級標準套在中國電力系統的電站型WGMOA上?

2.2 并聯補償電容器用WGMOA

并聯補償電容器用WGMOA的In等級，實質是WGMOA保護性能優劣和允許吸收能量大小(使用壽命長短——安全運行可靠性高低)。并聯補償電容器切合操作過程中，在WGMOA中產生的能量是隨切合操作時用的斷路器發生一相重擊穿還是兩相重擊穿、擊穿次數、電力系統中性點接地方式的不同、并聯補償電容器組容量的大小、WGMOA布置不同(相對地、相間和相對中性點等)、并聯補償電容器組允許過電壓水平的不同而相差很大，怎么不分這些差異?而GB11032-2000§3.2表1中規定，一律用In = 5kA的WGMOA，根據何在?國際標準和國外型錄中規定系列In 等級，讓使用者選擇。1995年CIGRE.WG33-11制定的《并聯電容器組的避雷器(WGMOA)選擇導則》，對上述影響因數和應用選擇的區別，進行了詳細分析計算，內容清晰系統，這里不重復[1]。

2.3 發電機用和電動用WGMOA(以下統稱電機型WGMOA)

在電力行標DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》§9中，將發電機、同步調相機、變頻機和電動機統稱旋轉電機。從絕緣結構看它們是同類的。DL/T620-1997對它們的防雷保護是按其重要性和容量大小分別來處理的。

DL/T620-1997允許的直配旋轉電機的重要性和容量差別是很大的，大的發電機和電動機為60000kW，小的只有幾個kW。旋轉電機絕緣遭受雷電波擊穿時，可能產生強烈的工頻短路，燒壞鐵芯，修理困難，花費時間較長。因此，對直配旋轉電機防雷保護，要求可靠性較高。

而GB11032-2000規定：發電機用WGMOA的In，一律為5kA;電動機用WGMOA的In，一律為2.5kA。正如前面說過的，WGMOA的In等級，實質是代表WGMOA的保護性能好壞和WGMOA本身安全運行指標高低兩方面：

(1)在防雷保護性能方面：In值的大小決定著旋轉電機防雷保護水平、耐雷指標高低、旋轉電機安全運行可靠性高低問題。我國在20世紀50年代初，電機型避雷器的In定為3kA，到了60年代初已將In提高到5kA。到了90年代，我國WBMOA“可以和進口產品比高低”[2]完全可以與國際上電機型WGMOA一樣，In提高到10kA[3]。為何GB11032-2000反而倒退了(表1)?實際上，中國已有不少制造廠，在技術上完全可以生產出電機型WGMOA的In = 10kA產品。價格雖然貴一些，相對大電機而言，是微乎其微的。

(2)在WGMOA本身安全運行方面：In 值的大小決定WGMOA用什么試驗方法和參數來做型式試驗。例如，GB11032-2000規定：對電動機用WGMOA的In = 2.5kA 等級，采用方波沖擊200A，4/10μs大電流沖擊25kA，大電流壓力釋放800A;對發電機用WGMOA的In = 5kA等級，采用方波沖擊電流400A，4/10μs大電流沖擊(40)65kA，大電流壓力釋放10kA，小電流800A。這些所用的驗證參數對大容量旋轉電機用WGMOA是過分偏低的，這是因為In定位過低所致。國外，電機型WGMOA的In定位10kA[3]。也就是說，電機型WGMOA的型式試驗方法和參數，定位是很高的。我國過去對電機型避雷器的本身安全運行，可靠性定位是當時最高的。

2.4 低壓用WGMOA

因GB11032對WGMOA按Ur 等級分類，表1中對低壓(0.28≤Ur ≤0.5Kv)WGMOA的In = 1.5kA，定位太低，遠低于IEC1312-3(1996)規定的信息系統供電電源用過電壓保護器(IEC1312-3叫做SPD0的要求，因此，低壓用WGMOA這一廣闊市場幾乎讓位于進口SPD產品。