电力系统过电压及绝缘配合方面存在的10个误导(1)

近几年，阅读到文刊上关于电力系统过电压及其绝缘配合方面的文章，我认为其中有一些容易引起人们的误导，综合起来有10个问题，现提出来讨论。

1. 误导一：把人工冲击电流波形命名自然雷电流标准波形

自然雷电流波形，世界各国实测得的对地放电雷电流波形基本一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲，一次放电过程常常包含多次先导至主放电的过程(分别为第一脉冲和随后脉冲)和后续电流，放电脉冲数目平均为2-3个，最多记录到42个。第一脉冲波前最大陡度达50kA/μs，平均陡度为32kA/μs，幅值可达200kA以上;第二脉冲波前陡度比第一脉冲大，可达100kA/μs以上，幅值比第一脉冲低，波尾都在100μs以上，也就是说，一次雷击中是一连串的波长100μs以上脉冲波。见图1。

在一些标准中或一些文献上，检验(计算)物体(如杆塔、引流线)上的压降，采用陡波前(波尾不规定)或1/4μs、1/10μs、2.6/50μs冲击电流波形：检验防雷保护器(如金属氧化物非线性电阻片，以下简称MOR)上残压，采用陡波(波前时间1μs)冲击电流和8/20μs标称冲击电流;检验MOR通过雷电流能量能力，采用18/40μs，10/350μs，100/200μs冲击电流;验算变电所防雷保护可靠性时，传统采用雷击点反击导线上冲击波为直角波(波尾很长)的方法，这样做，达到了主要目的，是可以接受的。但这些人工冲击电流波形，都不是自然雷电流标准波形，与自然雷电流波形相差甚远。

有人仅从“雷电流标准波形”名词出发，使用很不当。例如，在验算变电所防雷保护可靠性时，采用1/10μs或2.6/50μs波形，特别是波尾太短，这与传统使用斜角波前无穷长波尾，验算结果相差甚远。又如，对MOR考核能量能力，有的仅用一次或两次的1/4μs或4/10μs冲击流，这与20次的18/40μs、10/350μs、100/200μs冲击电流效应相差甚远，偏低。

因此，人工冲击电流不能命名自然雷电流标准波形。

2. 误导二：按电压等级对交流无间隙金属氧化物避雷器(简称WGMOA)分类

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

表1 避雷器分类

GB11032-2000打着等效IEC-60099-4(1991)的旗号，实际不等效。GB11032-2000声称“避雷器按其标称放电电流分类”，实质是按其电压等级分类。按电压等级分类严重误导WGMOA的应用选择。若发生事故，将严重影响电力系统安全运行。

表1中In等级不同，试验要求不同[见IEC99-4(1991)表1和GB11032-2000表13]。In实质上是代表WGMOA的本身安全运行指标高低和保护性能好坏。下面就表1中分类的“电站用、并联补偿电容器用、发电机用、电动机用以及低压用的WGMOA分类”等造成的误导弊病分别叙述。

2.1 电站用WGMOA

用于保护电力变压器线圈Un=3～66kV侧WGMOAR的In，按GB11032-2000§3.2表1中规定，In一律只能选5kA，不论其容量大小、重要性如何?事实上，电力变压器线圈侧Un = 3～66kV 侧，容量大小和重要性相差很大，有的是几个kVA，有的是几十万kVA，怎么能一律用In = 5kA的WGMOA?

电力变压器线圈各侧用的WGMOA的In等级不同，实质上是各侧耐雷指标不同。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是显而易见的，1990～1999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完全证实，均发生在电力变压器二次侧(Un = 3～66kA)被雷击损坏[13][14]。

电力变压器不论一次侧，还是二次侧，线圈损坏，后果都是一样的，变压器要停运修理。事实上，电力变压器二次侧(Un = 3～66kV)线圈损坏修理更困难些。

有人可能会认为，流过Un = 3～66kV的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及以下者”。

选择保护电力变压器用WGMOA的In等级大小，实质是反映电力变压器耐雷指标高低，即防雷保护风险程度。选用较高In等级WGMOA，实际是加强电力变压器防雷保护可靠性。选用较高In等级WGMOA会增加造价，但相对于大型电力变压器造价来说影响是很小的。

制造Un = 3～66kV的In = 10kA和20kA等级的WGMOA，在技术上是毫无困难的。

国外用于保护电力变压器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，In为10kA和20kA两个等级;In = 10kA的Ur为3-366kV;In = 20kA的Ur为3-800kV;配电型WGMOA的In才为5kA。用户按需要选择。

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。真怪，为什么国内用户，GB11032-2000规定只能用In = 5kA等级标准套在中国电力系统的电站型WGMOA上?

2.2 并联补偿电容器用WGMOA

并联补偿电容器用WGMOA的In等级，实质是WGMOA保护性能优劣和允许吸收能量大小(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中产生的能量是随切合操作时用的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，怎么不分这些差异?而GB11032-2000§3.2表1中规定，一律用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，让使用者选择。1995年CIGRE.WG33-11制定的《并联电容器组的避雷器(WGMOA)选择导则》，对上述影响因数和应用选择的区别，进行了详细分析计算，内容清晰系统，这里不重复[1]。

2.3 发电机用和电动用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中，将发电机、同步调相机、变频机和电动机统称旋转电机。从绝缘结构看它们是同类的。DL/T620-1997对它们的防雷保护是按其重要性和容量大小分别来处理的。

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，小的只有几个kW。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，烧坏铁芯，修理困难，花费时间较长。因此，对直配旋转电机防雷保护，要求可靠性较高。

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。正如前面说过的，WGMOA的In等级，实质是代表WGMOA的保护性能好坏和WGMOA本身安全运行指标高低两方面：

(1)在防雷保护性能方面：In值的大小决定着旋转电机防雷保护水平、耐雷指标高低、旋转电机安全运行可靠性高低问题。我国在20世纪50年代初，电机型避雷器的In定为3kA，到了60年代初已将In提高到5kA。到了90年代，我国WBMOA“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，In提高到10kA[3]。为何GB11032-2000反而倒退了(表1)?实际上，中国已有不少制造厂，在技术上完全可以生产出电机型WGMOA的In = 10kA产品。价格虽然贵一些，相对大电机而言，是微乎其微的。

(2)在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(40)65kA，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，这是因为In定位过低所致。国外，电机型WGMOA的In定位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。我国过去对电机型避雷器的本身安全运行，可靠性定位是当时最高的。

2.4 低压用WGMOA

因GB11032对WGMOA按Ur 等级分类，表1中对低压(0.28≤Ur ≤0.5Kv)WGMOA的In = 1.5kA，定位太低，远低于IEC1312-3(1996)规定的信息系统供电电源用过电压保护器(IEC1312-3叫做SPD0的要求，因此，低压用WGMOA这一广阔市场几乎让位于进口SPD产品。