避雷器均压环很快会被淘汰吗?

Arresters

一个普遍的误解, 即所看到的安装在变电站电力变压器和其它地方的高压避雷器上的环便是电晕环。虽然顶部的环确实用于电晕, 但所有位置较低的环却发挥着完全不同的功能, 正确的术语应为 均压环。这是因为, 它们的作用是均匀或改善沿避雷器高度的电场。

自首次电力系统以来, 均压环便被用于高压避雷器。其作用是使沿避雷器的电压均匀分布, 这对旧式有间隙的碳化硅避雷器是必要的, 以确保间隙放电的一致性。没有这些环, 潮湿天气下间隙可能过早放电, 即使在正常的系统电压下也是如此。但如果均压环在适当的位置, 在1.5倍正常工作电压下, 湿火花放电接近于干火花放电。当系统电压升高至240kV及更高, 均压环变得更加重要。

20世纪80年代MOV避雷器出现, 基于当时的知识, 需要分布沿避雷器高度的电压再次被视为是必要的。如果没有均压, 避雷器运行时其上半部比下半部要热。同时, 因为MOV型避雷器本身尺寸较短, 其均压环的直径可能比同等有间隙碳化硅设计的避雷器要小。

400kV MOV避雷器.

沿避雷器高度的对地杂散电容是导致顶部每单位长度的电压比底部更高的原因。例如, 典型的400kV MCOV避雷器由四部分组成。如果没有均压环, 通过顶部的稳态交流电压是~200kV, 正下方部分将有~100kV通过, 而底部的两个部分将各有~50kV通过。相比之下, 安装了均压环, 沿每个部分的电压将为约~100kV。直到最近, 这都被认为是绝对必要的。

但因为占据了大量空间, 均压环也带来了一个问题。鉴于此, 当在电力变压器或线路的入口杆塔处安装避雷器时, 避雷器之间所需的间隙会根据最大环的半径而增加。此外, 当系统电压达到1000kV, 因为避雷器太长, 均压环会带来更大的挑战, 其均压环必须悬挂在靠近避雷器的中点, 这意味着对地间隙仅有避雷器高度的一半。

正如事实上所发生的, 1000kV系统操作过电压水平要求的对地间隙比正常分压系统所能提供的还要大。所以我们现在似乎面临着相互冲突的需要。一方面我们需要大型的均压环以有效地沿着避雷器均压, 从而使避雷器从上到下的运行温度能够保持均匀, 但我们也需要均压环离地更远, 以承受预期的暂态操作过电压。

最近在慕尼黑举行的2015年INMR国际会议上, 达姆施塔特工业大学的Volker Hinrichsen教授发表了一篇关于无均压环特高压和超高压避雷器的论文。他通过试验表明, MOV避雷器在稳态运行期间, 沿其高度的均匀温度分布可能不像以前认为的那么重要。事实上, 他对额定为800kV避雷器的研究表明, 决定避雷器稳态稳定性的最关键因素是其平均温度而非最高温度。这意味着, 如果避雷器未安装均压环, 沿其高度的电压分布可能不均匀, 并且靠近顶部可能比底部更热。但这一温差不会影响避雷器的性能。

如同Hinrichsen教授的论文中所述: 顶部阀片的运行温度比底部高出10℃至20℃时, 立即有2个问题出现在他的脑海中。第一:更高的运行温度会影响避雷器的长期老化吗?第二: 较高的温度会影响阀片的能量处理能力吗?初步试验表明, 两者均不构成担忧的理由。但他也表示, 在我们确切知道这是现实可行的选择之前, 需要收集和仔细审查更多的数据。但如果这样, 10年或更短的时间后, 我们很可能看到MOV避雷器上的均压环走到尽头。