在現代配電網里,跌落式避雷器是核心的過電壓保護設備。它把避雷器跟跌落式熔斷器的功能合二為一,用起來特別方便。這些年材料科學與電氣技術不斷進步,采用金屬氧化物電阻片(簡稱MOA)的新型跌落式避雷器,正慢慢替換掉傳統(tǒng)的碳化硅(SiC)避雷器。它的性能提升很明顯,但也有一些值得留意的局限性。接下來,我們從專業(yè)角度好好說說它的優(yōu)缺點。
核心優(yōu)勢
其一,防護性能出色并且響應速度快。新型跌落式避雷器的核心部件是金屬氧化物電阻片,其中氧化鋅用得最多。這種材料的非線性伏安特性特別好,具體表現很鮮明:正常工頻電壓下,它的電阻特別高,泄漏電流只有微安級,幾乎和絕緣體沒差別;一旦碰上雷電過電壓或者操作過電壓,電阻會在納秒級時間內急劇下降。這一特性帶來兩個好處:既能快速泄放巨大的雷電流及操作過電壓能量,又能把避雷器兩端的最高電壓(也就是殘壓)控制在低水平,進而有效保護變壓器、開關等電氣設備的絕緣。比起傳統(tǒng)碳化硅避雷器,它的響應速度快太多,保護效果自然更靠譜。
尤為關鍵的是,它的跌落式脫離機構帶有雙重安全功能,這正是它和普通無間隙避雷器最核心的不同。當避雷器因為暫態(tài)過電壓、老化或者內部故障損壞時,內部會出現壓力升高、熱量堆積的情況,這些都會觸發(fā)內部的精密機械脫離裝置。裝置一動,避雷器底座就會機械分離,在重力作用下“跌落”,形成一個一眼就能看到的斷開點。這個功能帶來兩大安全保障:一方面是故障隔離,自動把出問題的避雷器從電網里切出去,防止它爆炸引發(fā)相間短路或單相接地故障,保證非故障線路正常供電;另一方面是可視指示,給運維人員明確的故障位置信號,不用拿專業(yè)儀器測,運維人員看一眼就能鎖定故障點,大大提高了巡檢效率與供電可靠性。
除此之外,它的運行維護很簡便,經濟性也高。在正常的使用壽命里,它基本能做到“免維護”或者“少維護”。再加上清晰的故障指示功能,運維人員的巡檢測試工作量一下子就減少了很多。故障發(fā)生后,運維人員換個新的避雷器單元就行,操作和換跌落式熔絲一樣簡單,恢復供電也快。對比傳統(tǒng)模式,它的綜合運維成本低不少——傳統(tǒng)模式不光要定期做預防性試驗,故障后的檢修流程也麻煩得多。
金屬氧化物電阻片的耐受能力也很亮眼,使用壽命長。它的通流容量不小,能扛住多重雷擊及重復的操作過電壓沖擊,老化速度也慢,預期能用更久。同時,它的結構設計通常會充分考慮戶外的惡劣環(huán)境,具備良好的防爆、防污穢及耐氣候性能,在戶外工作很穩(wěn)定。
存在的局限性
不過它也有明顯短板,對工頻暫態(tài)過電壓(TOV)的耐受能力比較弱。金屬氧化物電阻片碰到持續(xù)時間長的工頻暫態(tài)過電壓,耐受能力就明顯不夠,拿單相接地故障引起的非故障相電壓升高來說就是這樣。要是TOV持續(xù)作用在電阻片上,電阻片就會吸收大量能量,溫度跟著急劇升高,嚴重的話會發(fā)生熱崩潰,最終損壞。所以在系統(tǒng)設計階段,我們必須保證避雷器的TOV耐受能力,能和系統(tǒng)可能出現的過電壓水平匹配上。
它的初始投資成本相對較高。單看設備采購這一項,新型跌落式避雷器通常比傳統(tǒng)“避雷器+熔斷器”的分立方案貴。這是因為它內部整合了精密的過電壓保護元件與機械脫離機構,技術含量更高,制造成本自然也就上去了。
還有一點需要注意,脫離機構存在誤動或拒動的風險。雖然脫離機構是重要的安全保障,但它本質是機械部件,還是有極低的故障概率。就嚴重污穢、冰凍或機械卡澀的情況而言,可能該動作的時候沒反應,也就是“拒動”,導致故障進一步擴大;要是遇到異常振動等情況,又可能不該動卻動了,造成不必要的停電。它的可靠性確實高,但不是絕對不會出問題。
另外要明確,“免維護”不代表“完全不用管”,它還是需要定期做必要的巡視與檢測。運維人員得定期進行紅外測溫等帶電檢測,這樣才能及時發(fā)現閥片老化、受潮等早期出現的發(fā)熱缺陷。同時,也得看看它的外觀是否完好,有沒有閃絡痕跡這類問題。
綜合來看,恩彼邁新型跌落式避雷器把先進的金屬氧化物保護技術,跟智能的故障脫離指示功能結合到一起,為10kV配電網打造了更安全、更可靠、更高效的過電壓保護方案。它出色的保護性能、自動化的故障隔離能力與便捷的運維特性,正是它被廣泛應用的根本原因。雖然存在對暫態(tài)過電壓敏感、初始成本較高等問題,但只要我們做好正確選型、規(guī)范安裝及系統(tǒng)配合,它的優(yōu)勢肯定遠大于劣勢,成為推動配電網智能化、提升供電可靠性的關鍵設備。


