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对GB11032-2000中避雷器分类的异议

中国电力科学研究院许颖

摘要：GB11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》3.2节表1中避雷器按其电压等级分类，严重误导无间隙金属氧化物避雷器（WGMOA）的应用选择，致使110kV及以上和66kV及以下电力变压器绕组各侧用WGMOA的标称放电电流（In）等级不一致；并联补偿电容器用WGMOA的通流能力偏低，旋转电机用WGMOA的In等级太低，影响电力系统的安全运行。
关键词：交流无间隙金属氧化避雷器；电力变压器；并联补偿电容器；旋转电机
中图分类号：TM862

　　GB11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》3.2节避雷器分类见表1（未全引用，仅引有异议的）。

表1　避雷器分类

标称放电电流/In 20kA 10kA 5kA 2.5kA
避雷器额定电压Ur/kV
（有效值） 420≤Ur≤468 90≤Ur≤468 4≤Ur≤25 5≤Ur≤17 5≤Ur≤90 5≤Ur≤108 4≤Ur≤13.5
备注电站用避雷器发电机用避雷器配电用避雷器并联补偿电容器用避雷器电站用避雷器电动机用避雷器

　　GB11032-2000称等效采用IEC60099-4（1991），而实际并不等效。GB11032-2000称“避雷器按其标称放电电流分类”，而实质上是按其电压等级分类。按避雷器电压等级分类严重误导无间隙金属氧化物避雷器（WGMOA）的应用选择，运行中已发生多次事故，影响电力系统的安全运行。
　　表1中In等级不同，试验要求不同，见IEC 60099-4（1991）表1和GB11032-2000表13，它实质上是代表WGMOA本身的安全运行指标高低和保护性能好坏。下面就表1中电站、并联补偿电容器、发电机及电动机用WGMOA分类误导所产生的问题作简要说明。

1　电站用WGMOA

　　用于保护电力变压器绕组Un=3～66kV侧WGMOA的标称放电电流In，按GB11032-2000 3.2节表1中规定，只能选用5kA，而不论其容量大小，重要性如何？事实上，电力变压器Un=3～66kV侧容量大小和重要性相差很大，有的是几个千伏安，有的则是几十万千伏安，怎么能一律用In=5kA的WGMOA？
　　电力变压器绕组各侧用WGMOA的In等级不同，实质上是由于各侧耐雷指标不同。变压器各侧耐雷指标不相配合，一次侧（Un=110kV及以上）耐雷指标高，二次侧（Un=3～66kV）耐雷指标低，因此电力变压器防雷薄弱环节在二次侧，这是显而易见的。1990～1997年110kV及以上全国在役变压器类设备（未包括农口管理的）运行情况及事故统计分析证实，被雷击损坏的电力变压器均发生在电力变压器的二次侧（Un=3～66kV）。
　　电力变压器不论一次测，还是二次侧绕组损坏，其后果都是一样的，变压器都要停运检修。事实上，电力变压器二次侧绕组损坏检修更困难些。
　　有人可能会认为，通过Un=3～66kV WGMOA的雷电流要小，这是误解。CIGRE，WG33-01的1958年报告就指出：“通过阀式避雷器最大的雷电流是发生在中压等级以下者”。
　　选择保护电力变压器用WGMOA的In等级大小，实质上是反映了电力变压器耐雷指标的高低，即防雷保护风险程度。选用较高In等级的WGMOA，实际上是加强了电力变压器防雷保护的可靠性。而选用较高In等级WGMOA所增加的造价，相对于大型电力变压器造价来说影响是很小的。再者，制造Un=3～66kV的In=10kA和20kA等级WGMOA，在技术上是毫无困难的。
　　国外用于保护电力变压器的WGMOA，各侧均选用相同In等级的。西方制造企业WGMOA型录中明确说明：电站型WGMOA，其In有10kA和20kA2个等级；In=10kA的Ur为3～336kV；In=20kA的Ur为3～800kV；配电型WGMOA的In才为5kA。用户可以按需要选择。
　　据悉，国内一些企业出口的Un=3～66kV的WGMOA的In，有10kA，……，不同等级，任用户选择。为什么对国内用户GB11032-2000规定只能用In=5kA。此外，不知GB11032-2000草拟者为何要把国外配电型WGMOA的In=5kA等级标准用在中国电力系统的电站型WGMOA上。

2　并联补偿电容器用WGMOA

　　并联补偿电容器用WGMOA的In等级，实质上是代表WGMOA的保护性能优劣和允许吸收能量大小，以及使用寿命长短---安全运行可靠性高低。并联补偿电容器切合操作过程中，在WGMOA中产生的能量随切合操作时所用断路器发生一相重击穿还是两相重击穿、击穿次数、电力系统中性点接地方式的不同、并联补偿电容器组容量的大小、WGMOA布置不同（相对地、相间和相对中性点等）、并联补偿电容器组允许过电压水平的不同而相差很大，怎么能不区别这些差异，而在GB11032-2000 3.2节表1中规定一律选用In=5kA的WGMOA，根据何在？国际标准和国外型录中规定系列In等级，让客户根据需要选择。1995年CIGRE，WG33-11制定的《并联电容器组的避雷器（WGMOA）选择导则》，对上述影响因素和应用选择的区别，进行了详细分析计算[1]，内容清晰、系统，这里不再重复。

3　发电机和电动机用WGMOA（以下统称电机型WGMOA）

　　在电力行标DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》9节中,将发电机、同步调相机、变频机和电动机统称旋转电机。他们的绝缘结构是同类的。DL/T620-1997对他们的防雷保护是按其重要性和容量大小分别处理。
　　DL/T620-1997允许的直配旋转电机的重要性和容量差别是很大的，大的发电机和电动机为60000kW，小的几个千瓦。旋转电机绝缘遭受雷电波击穿时，可能产生强烈的工频短路，烧坏铁心，修理很困难，花费时间较长。因此，对直配旋转电机防雷保护的可靠性要求较高。而GB11032-2000规定：发电机用WGMOA的In一律为5kA；电动机用WGMOA的In一律为2.5kA。正如前所述，WGMOA的In等级，实质上是代表WGMOA的保护性能和本身的安全运行指标两个方面：
　　（1）防雷保护性能方面：In值的大小决定旋转电机的防雷保护水平，耐雷指标高低，以及安全运行可靠性高低等问题。我国在20世纪50年代初，将电机型避雷器的In定为3kA，到了60年代初已将其提高到5kA。90年代，我国生产的WGMOA已“可以和进口产品比高低”[2]，完全可以与国际上电机型WGMOA一样，将In定为10kA[3]。如今GB11032-2000反而倒退了（见表1）。实际上，我国已有不少制造厂，在技术上完全可以生产出电机型In为10kA的WGMOA产品。价格虽贵一些，但相对大电机而言，是微乎其微的。
　　（2）WGMOA本身安全运行方面：In值的大小决定WGMOA用什么试验方法和参数来做型式试验。例如,GB11032-2000规定:对电动机用WGMOA的In=2.5kA等级，采用方波冲击电流200A，4/10μs大电流冲击25kA，大电流压力释放800A；对发电机用WGMOA的In=5kA等级，采用方波冲击电流400A，4/10μs大电流冲击65（40）kA，大电流压力释放10kA，小电流800A。这些所用的验证参数对大容量旋转电机用WGMOA是过分偏低的，这都是由于In定位过低所致。国外电机型WGMOA的In定位在10kA[3]。也就是说，电机型WGMOA的型式试验方法和参数，定位是很高的。过去，我国对电机型避雷器的安全运行、可靠性定位在当时最高的。

4　参考文献

1　CIRGE，WG33-011.Guideines for Selection of Surge Arresters for Schunt Capacitor Banks.Electra，No.159，April，1995
2　孙　林，李　冶，李学思.中国氧化锌避雷器的技术进步与发展.电瓷避雷器，1993（6）
3　Ren Rudelph，Dimensioning.Testing and Application of Metal-oxide Surge Arresters in Medium Voltage Networks.ABB High Voltage Technologies Ltd.Wettinggen，May，1994

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