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压敏电阻  电网事故

警惕压敏电阻引起的电网事故
李久林
(四川省内江市电业局,四川内江641000)
2008 年7 月,我局一用电客户使用中的组合互感器突然炸裂,计
量箱内烟尘满布。经观察烟尘是从一台无线电能量采集终端中冒出,终
端外壳有灼烧痕迹,电能计量表计只外观被熏黑。(均已正常运行2 年
多)。打开两设备外盖观察,两设备C 相过压保护压敏电阻均已炸裂,
回路有明显的过流烧毁痕迹。无线电能量采集终端电压连接线烧断。
经分析,此事故原因是:该地区当时有雷击,估计是雷击时产生
的过高电压使设备内的C相电源过压保护的压敏电阻失效(短路),在
PT回路产生过流,因按规程规定,计量用电压互感器回路未装设熔断
器,从而导致组合互感器炸裂。近几年笔者已处理过6 起因压敏电阻炸
裂事故,,但由于有的设备有过流保护(熔断器),而未将故障扩大。现
在电网内使用压敏电阻做过压保护的设备太多,而大多未设过流保护措
施,笔者认为这是电网潜在的安全隐患,应引起高度警惕。
1 压敏电阻简介
压敏电阻以其优越的非线性导电特性,电路设计简单,对过压的
响应时间非常快,一般为20 纳秒,又可重复使用(一定条件下)。因此
在电力、电子技术领域被普遍用作电力线路、电子设备、元器件的过压
和浪涌吸收的保护器件。但由于在使用中各类型的过压和浪涌的频繁出
现,压敏电阻会相应的动作以抑制过压,确保电压在被保护设备安全范
围内,从而保护设备安全。这样使用次数一多,就会导致压敏电阻的性
能失效。
1.1 压敏电阻的失效分为二种
1) 劣化:表现为压敏电阻的电阻值变小而使回路漏电流增大,一
般是在多次抑制电压和浪涌,但又未超过压敏电阻的最大冲击电流下产
生的劣化:如φ20 基片的压敏电阻,其厂家给予的在不同浪涌电流条
件下,器件的使用次数表。
另外就是自然劣化,由于芯片质量,封装材料、质量的原因及使
用的环境等,时间一长,芯片受潮后的阻值变小劣化。
2) 炸裂(短路):由于过高的电压引起浪涌能量超过了所选压敏电
阻器的极限承受能力,使压敏电阻过热而炸裂(短路)。但压敏电阻一
般在使用中的最终失效模式据统计报道,绝大多数为炸裂(短路)。
2 引起PT 烧毁的分析
现电力系统广泛使用的电子式多功能电能表,无线电能量采集终
端,电压监测仪等(以下简称表计),它们的过压保护都使用了压敏电
阻,保护电路原理图,对设备起到了一定的保护作用,但均未设计过流
保护措施。
由于现电力计量装置安装规程(DL/T825—2002) 中第5.4 条规
定,35KV以下电压互感器二次则不安装熔断器。可见当压敏电阻失效
后(视失效压敏电阻下降值情况),PT回路将产生最大几十安电流,而
电压互感器设计额定功率只有10VA,即0.1A电流。因此当压敏电阻
失效后,PT会因过负荷在回路中又无任何过流保护情况下就产生发热
而烧毁并炸裂。
3 为什么未引起重视
在电力线路防雷上使用的压敏电阻避雷器在规程中规定,在使用
前必须作检定和年检,就是为了预防压敏电阻的失效,电阻值变小造成
的线路短路跳闸和防雷失效。经查讯我局高压班,在做检定和年检中
10KV~35KV的失效率为4~5%,400V为7~8%。而在电力系统中广
泛使用的表计都使用了基本相同功能的压敏电阻,每台表计一般使用
2~4 只。在低压回路完全是和线路的400V低压侧避雷器并联工作,
起到大至相同的作用。但由于它被藏在表计内部而易被忽视,可见危害
之大,未引起重视的原因如下:
1) 压敏电阻的工作电压选用,在交流电回路中,理论公式是按额
定电压的2.2~2.6 倍选取。现电力线路使用的压敏避雷器是按此公式选
取的。但经查看多家表厂生产的表计,使用在高压100V工作电压下的
压敏电阻是按4.7 倍选用,即本应该使用最多260V的器件,而实际使
用的是470V,显然这是牺牲了保护的可靠性来换取了压敏电阻的使用
次数,所以因压敏电阻引起的故障也就少了。2) 变电站工作的表计,
由于各级防雷措施作得相对更好,所以在表计处出现的过压就更少,这
也延长了压敏电阻的使用寿命。3) 一般情况下,就是表计烧坏,互感器
炸裂等,在各基层处理时,都未细究原因,用户又急于用电都是更换了
事。所以基于上述几点,电力线路上使用的避雷保护用压敏电阻工作电
压由于是按理论公式选用,所以动作频繁,失效概率就远远大于这些表
计中使用的压敏电阻,而且损坏后故障点明确。这样,这些表计内暗藏
的压敏电阻,就被忽视了。但它却为电网的安全运行带来了很大隐患。
4 对系统的危害及预防
4.1 危害
1) 对于安装在用户侧的高压计量表计,一般均是将PT烧坏并引
起炸裂。虽然装在变电站内的表计PT二次侧均有总路过流保护,如出
现自然劣化,它的电流是逐渐增大,也可能造成PT长时间重负荷烧坏。
一个表计故障影响一大片,故障点不易查找等。特别安装在用户侧的低
压表计,因压敏电阻的短路,会造成连接表计的电压线绝缘层烧坏引起
线间、相间短路,造成时间更长的短路大电流。但最大危害都怕引起火
灾;跳闸和越级跳闸。2) 现表计中使用的压敏电阻,工作电压已超过
正常值约二倍。这样既未起到抑制瞬态过压保护应有的作用(表现为表
计中电子元件易损坏,如RS485 口损坏) 相反还增加了对其它设备的
危害,这样的保护选用有必要吗?表计厂家是否应另选其它过压和浪涌
吸收的保护器件。
4.2 预防措施
综上所述,压敏电阻作为过压保护,产生失效短路随时间的增加
是不可避免的,只是同一厂家生产的同一型号的压敏电阻何时失效,却
无法预知,它与所使用的环境、电源质量以及雷击的大小、多少都有一
定关系,还有自然失效等。所以压敏电阻在电网中的安全隐患是点多面
广,应引起高度警惕。建议:
1) 建议修订现《电能计量装置安装接线规则》第5.4.1 条:二次侧
不允许装接熔断器,修订为:应对所有表计电压接入点设置独立的过流
保护熔断器。这是最简单、可靠的办法。2) 回路中有了独立熔断器,
就可规定表计生产厂使用的压敏电阻的工作电压选在标准范围内,使它
真正起到保护的作用,这样多表计共用回路又不互相影响,对其它设备
也不造成危害。3) 建议上级相关部门组织专业人员、专家,对使用三
年以上表计中的压敏电阻进行抽样检测失效率情况,以便更科学的制定
预防方法。4) 采用无线电能量采集终端自动监控电压,就是断相,也
有依据可查,断了那相,什么时间开始,便于追补电量。
以上意见是工作中发现的现象,由于水平关系、论点、看法都有
不足,望指正。
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