无间隙三相组合式MOA运行分析与设计建议

2013 年第 4 期 （总第 254 期） 2013 年 8 月
文章编号： 1003-8337（2013）04-0060-04
电瓷避雷器
Insulators and Surge Arresters
No4. 2013 (Ser.№.254) Aug. 2013
无间隙三相组合式 MOA 运行分析与设计建议
[3] 董国震. 三相组合式过电压保护器工频放电试验中间隙 击穿放电判断方法的分析[J]. 电瓷避雷器, 2006(4): 34-36. Dong Guo -Zhen. Analysis on the methods of judging the gap spark-over at power frequency spark-over test on the three phase combinative surge protector of TBP series [J]. Isulators and Surge Arresters, 2006(4)：34-36.
收稿日期： 2013-03-09 作者简介： 李汝彪 （1963—）， 男， 高级工程师， 现从事过电压保护、 管理工作。
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2013 年第 4 期
无间隙三相组合式 MOA 运行分析与设计建议
（总第 254 期）
1 无间隙三相组合式 MOA 四星结构 及其分析模型
四星结构 MOA 原理为： 上端接高压的 a、b、c 三 相避雷器，下端并连后，共同接于一只中性点避雷器 上端，再将中性点避雷器下端接地（见图 1）。 因此，可 将四星结构 MOA 分 P、N 两大部分，接系统三相的组 件设为 P 部分，阻抗各为 Zp，其两端电压为 Up；接地 的组件设为 N 部分，阻抗为 ZN，其两端电压为 UN。
Key words: non-gap； the three-phase combination type； metal-oxide surge arresters operation analysis
0 引言
由于结构紧凑且具有相间保护功能等优点，当前 非有效接地系统中三相组合式 MOA 已得到广泛应 用，并推动了行业标准《交流三相组合式无间隙金属 氧化物避雷器》和《交流三相组合式有串联间隙金属 氧化物避雷器》的发布[1-2]。三相组合式 MOA 的内部结 构当前主要是四星结构，三相组合式 MOA 无间隙与 有间隙的相比，具有结构简单、冲击保护特性好等优 点。 当前设计制造使用的许多无间隙三相组合式
1.375 打折得到相对地额定电压为 19.48 kV，能满足 DL/T620 规程要求的避雷器 额 定 电 压 高 于 1.38Um= 16.56 kV 的要求。 因此， 既能完成相对地过电压保 护， 又能把相间过电压保护的新型无间隙三相组合 式 MOA 变成实现[11-15]。
3 结论
通过对非有效接地系统单相接地故障状态下无 间隙三相组合式 MOA 的运行分析可知， 对于完全 对称的四星结构组件，单相接地时 P 组件两端承受 的电压将达到 N 组件两端电压的 1.5 倍， 实际运行 时有可能在单相接地故障情况下因分压不均而发生 爆炸损坏。
为了保障对用户的可靠供电， 非有效接地系统 要求将单相接地故障电流限制于一定数值以下，以 便允许单相接地故障情况下仍能继续运行 2 h、保 障供电。 因此，四星结构 MOA 的长时间运行状态除 正常运行状态以外，还有单相接地状态 。 [3-5] 两种状 态下的模型分别见图 1、图 2。
图 1 正常运行状态 Fig. 1 Normal operation status
两端共同承受的电压 UN 为
U觶 N= 2
U觶 ac+U觶 bc ZP + ZP ZN 2 ZP +ZN
* ZP ZN = U觶 ac+U觶 bc = ZP +ZN 3+ZP /ZN
U觶 ac+U觶 bc = 3Uφ +j0 3+k 3+k
也可表达为
（3+k）U觶 N =3Uφ+ j0
（1）
式 （1）中 ，k=ZP /ZN，为 小 电 流 区 域 阻 抗 比 （约 为
无间隙三相组合式 MOA 四星结构设计， 取 P 组件阀片数是 N 组件阀片数的 2.2 倍（即 k=2.2），才 是最合理的配置系数， 可使得无间隙三相组合式 MOA 内部阀片数比与分压比相同。
配置系数 2.2 的研究发现， 改变了以往取完全 对称四星结构的错误设计， 为制造厂的科学设计提 供了新建议， 并为用户的正确使用提供了科学的选 用指导，保障了电力系统的安全运行。
3 2
（1+k）Uφ+
j
姨3 2
（3+k）Uφ
（2）
由式（2）与式（1）之比可得：
U觶 P/U觶 N
=
1 2
（1+k）+
j 姨3 6
（3+k）
（3）
将U觶 N、U觶 P 等制作矢量图见图 3，可更清晰地看出 U觶 N、U觶 P 与系统电压的关系。 图中矢量c姨姨a1 表示（3+k）U觶 N， 姨c姨a3 表 示 （3+k）U觶 P，姨c2姨a3 表 示 kU觶 ac，长 度c姨姨a1 =c姨姨a2 ，矢 量 姨n姨a 、姨n姨b 、姨n姨c 分别表示 a、b、c 三相相电压。
图 3 单相接地矢量图分析 Fig. 3 Vector analysis to single phase earthing fault
随 k 值（约为 P、N 组件阀片数之比）不同，可计 算得单相接地故障时 P、N 组 件 分 配 承 受 的 运 行 电 压比值 UP /UN，见表 1。
由表 1 可见，对于完全对称的四星结构组件，即 k=1 的情形， 单相接地时 P 组件两端承受的电压将 是 N 组件两端电压的 1.5 倍， 实际运行时有可能在
图 2 单相接地电路图 Fig. 2 Single phase earthing fault
2 无间隙四星结构 MOA 单相接地状 态各组件电压分析
单相接地时， 四星结构 MOA 各组件均仍工作 于小电流区域，各组件近似为线性阻抗。今设 c 相单 相接地，则 a、b 相的电压均升高到线电压 Uac、Ubc。此 时，接地的 N 组件与接 c 相的 P 组件并联（如图 2），
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2013 年第 4 期
电瓷避雷器
（总第 254 期）
表1 无间隙四星MOA单相接地故障时P组件与N组
件端电压分配与P、 N组件配置的关系
Tab. 1 Relations between the voltage and the
configuration of of P and N parts under single phase
李汝彪 （浙江省电力公司运检部， 杭州 310007）
摘 要： 分析了非有效接地系统单相接地情况下无间隙三相组合式 MOA 的内部电压分布情
况， 指出了完全对称的无间隙三相组合式 MOA 内部分压不均的问题， 提出了无间隙三相组合式
MOA 四星结构设计的合理配置系数： 取 P 组件电阻片数是 N 组件电阻片数的 2.2 倍 （即 k=2.2），
LI Ru-biao
（Department of Operation Maintenance and Repair， Zhejiang Electric Power Corporation， Hangzhou 310007, China）
Abstract: The inner voltage distribution of the three-phase combination type metal-oxide surge arresters without gaps under the single -phase grounding is analyzed and the problem of uneven distribution of inner voltage of the completely symmetrical three-phase combination type metal-oxide surge arresters without gaps is pointed out. A reasonable configuration factor is proposed for the three -phase combination type metal -oxide surge arresters without gaps： the resistor numbers of P component is 2.2 times of the numbers of N component （k =2.2），which is the best configuration factor.
阀片数之比），Uφ 为相电压幅值，而接 a 相的 P 组件
两端承受电压 UP 为
U觶 P
=U觶 ac-U觶 N=
（2+k）U觶 ac-U觶 bc 3+k
= U觶 ac-U觶 bc 3+k
+
k 3+k
U觶 ac
也可表达为：
（3+k）U觶 P=3（
1 2
+
j
姨3 2
）Uφ+k姨 3
（
姨3 2
+
j
1 2
பைடு நூலகம்
）Uφ=
才是最合理的配置系数。
关键词： 无间隙； 三相组合式； 避雷器运行分析
中图分类号： TM862
文献标识码： A
Operation Analysis and New Design Suggestion for the Three-Phase Combination Type Metal-Oxide Surge Arresters Without Gaps