整流装置防雷击措施[全文]_防雷击措施

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高负荷运行的整流装置防雷击措施

[摘要]通过对两个不同整流系统的比较，分析了因雷击而从电网侵入的突发性浪涌电压造成的电压波动的特点及其对高负荷运行的离子膜整流系统的影响，提出对整流柜进行合理的过流倍数设置，并给电流调节系统提

供有效的调节时间。这是在电力系统设置各种防雷保护装置后的必要措施，也是保证整流系统在雷雨季节能高负荷、安全、稳定、长周期运行的关键。

目前，国内的氯碱企业大多受电价的影响。从经济运行的角度考虑，同时又为了最大限度的提高产量，就要使离子膜电解槽在较高的电流下运行，为此，所选的变压器和整流柜在运行时都带着较高的负荷。在这种情况下，因负荷率较高，变压器和整流柜的备用容量就很小，对系统的抗干扰能力也降低。遇有外电网的电压波动，特别是在雷雨季节因受雷电的影响而引起外电网电压的频繁波动，常常会造成整流系统停车，严重地影响了氯碱生产系统的长期、安全、稳定运行。

电力系统对因大气雷击而从电网侵入的突发性浪涌电压目前已有较为完善的保护措施。例如，35 kV进线为架空线，其防雷设施是在架空线上架设避雷线：另外，在变电所装设了2支高达30 m的独立避雷针、在整流变压器的35 kV高压开关处及35 kV母线上均设有避雷器。所有这些设施对于直击雷、感应雷以及沿线路侵入的雷电波(以下统称“雷电波”)引起的过电压起到了很好的防护作用，基本上已控制了雷害，电气设备大多不会因遭受雷击而毁坏，并能保持正常运行。特别是动力电气设备，基本都能保持安全稳定运行。虽有防雷设施，但雷电波对系统电压还是会造成一定的冲击，引起一定范围的电压波动，这一点在计算机监控的35 kV母线电压曲线上可以看出。雷击时，高能量的浪涌电压使得避雷器击穿放电，电压曲线上有时可以监测到电压值下降的点(该下降电压，有时是雷击造成的单相接地的接地相电压，有时是避雷器击穿放电对系统电压造成冲击时的电压(电压采样1 S采1点)。当过电压过后，线路上基本恢复正常电压时，避雷器切断工频续流，但此时的线路电压往往比雷击前的运行电压有所升高。图1中显示的是2002年6月7日雷电波引起Ⅱ期整流系统跳闸时计算机检测的电流、电压曲线示意图。02：02：30 02：03：30 02：04：30 02：05：30 图1 雷电波引起跳闸时计算机检测到的电流、电压曲线线电压在此时的下降上升，也就是雷电波引起的电压波动(在图1的曲线中，整流系统跳闸后电压稳定上升是在整流机组停车后，由电力系统负荷减少而引起的)。根椐曲线分析，整流跳闸发生在电压恢复上升阶段，是由于电压的突然升高而导致整流柜的高倍过流动作。2 整流系统状况

由于该公司地处多雷的东部沿海地区，春、夏季节雷电频繁发生。对雷电波的防护除上述的防雷设施外，整流柜本身还在交流侧设有专门的硒堆或氧化锌避雷器，用来吸收浪涌能量(包括操作过电压)，但有时电压仍会突破允许值或是不能使氧化锌避雷器动作o’离子膜烧碱系统对整流装置的稳流要求非常高，不允许有大幅度的电流波动。雷击时，由上述电压波动产生的电压突变、三相电压不平衡及瞬间缺相等对整流装置的控制回路影响极大，有时会因同步电压缺相等原因造成脉冲封锁，更多的是因电压升高引起整流柜高倍过流动作而造成停车。本文专门针对因电压突然升高而对整流系统造成的影响进行分析。公司Ⅱ期3万t／a离子膜烧碱装置于2001年10月建成投入生产。该系统整流变压器容量为 13 600 kVA，一次侧装有27档自耦调压变压器及两台输出电压相位差15。的变压器，其低压侧采用三相桥式输出，各带1台同相逆并联接法的KHS一12 480V的整流柜，每柜6脉波12桥臂，每桥臂由3只(I)x2500／1800V晶闸管并联而成。每台整流柜各带1台日本旭化成株式会社的复极式离子膜电解槽，1柜1槽可独立运行。整流电压通过整流变压器有载调压开关进行粗调，通过晶闸管整流器的控制回路进行细调。在整流装置初始投入运行时，两台整流柜各输出9 kA电流，此时整流柜的负荷率在75％，国内同类型离子膜电解槽一般均在这一 电流条件下运行，且运行得非常稳定，雷雨季节经常遭受雷击也未造成停车。经过大约半年时间的运行后，为了增加产量，增大了整流柜的输出，两台整流柜运行电流同时增至10．8 kA，此时的负荷率已高达90％。这一负荷在目前国内同类型的离子膜电解槽中是运行负荷最高的，超过了一般的额定值。日方为了保护离子膜，对电解槽的最大电流作了严格的限制，整流柜高倍过流保护只能整定在11．8 kA。因此，在雷雨季节运行时事故不断，一遇有雷雨的天气，遭受外电网侵入的浪涌电压时，马上就导致高倍过流动作，全厂连锁从2002年的全年统计可知，Ⅱ期系统仅因雷电波影响的跳闸停车竟达10次之多。而善高公司的一期氯碱电解系统为日本旭硝子株式会社的52台单极式离子膜电解槽，其整流系统是由2台8 650 kVA的整流变压器供电，每台整流变压器各有两组双反星形接法的低压输出，各带1台整流柜，4台整流柜每台额定电流为20 kA，且并联输出(一般情况每台整流柜输出17 IrA，共为68l)向52台单极电解槽输出电解电流。日方对该套系统的过流保护没有提出特殊的限制，整流柜的高倍过流保护按整流柜额定电流的1．35倍设定，即当整流柜直流电流达27 kA时，整流柜延时0．5 s跳闸。雷击时，该系统受大气过电压的影响较少，一般情况均能避免过电压波动的影响，可维持系统的稳定运行。3 I、Ⅱ期整流系统设置差别善高公司的两套整流系统是由同一条35 kV母线供电，但受雷电波的影响所造成的后果却大为不同。最初考虑这是由于Ⅱ期调节控制系统工作状态不可靠造成的；经仔细分析后，排除了调节控制系统的影响，认定是系统设置的问题，主要有以下3个方面：

(1)工期整流系统其高倍过流保护是按整流柜额定电流的1．35倍整定，在运行电流为17 kA时，过流倍数为1．59；而Ⅱ期整流系统的高倍过流保护是按运行电流考虑的，按日方的设定，整定在11．8kA。因此，当运行电流为9 kA时，其过流倍数为1．31；当运行电流为10．8 kA时，高倍过流倍数仅为1．09，大大低于工期的1．59倍。

(2)工期整流系统整流柜本身在高倍过流达到动作值时，经0．5 S的延时后再发出停车信号，执行全厂停车；而Ⅱ期整流系统的整流柜在高倍过流信号发出后不经延时(即0 s)就发出停车信号，立即执行全厂停车。

(3)I期整流柜交流侧过电压保护安装的是硒堆，能吸收较大的浪涌电压；Ⅱ期整流柜交流侧吸收浪涌电压的主要装置是通用型氧化锌压敏电阻。4 雷电波影响分析

事实证明，上述设置的不同，I、Ⅱ期整流装置对于大气雷击引起的突发性浪涌电压的防护能力也大不相同，具体原因分析如下：

(1)工期整流柜实际运行的过电流倍数为1．59，大大高于Ⅱ期实际运行在10．8 kA时的1．09，这证明了I期的设置是合理的，而Ⅱ期的设置偏小。雷雨季节，绝大部分的大气过电压是遭受感应雷及沿线路侵入的雷电波而形成的，遭受直击雷的几率是较小的。故对整流柜而言，对于感应雷及从电网侵入的浪涌电压，经电力系统的避雷设施控制后，在合理的过流倍数下是可以避免的(雷电波影响的时间是极短的，仅为几百)，故应在保证整流柜和离子膜电解槽安全的前提下，合理设置过流倍数。而对于直击雷，在避雷装置正确动作的情况下，有时也能控制过电压，但由于雷击能量巨大，仍有可能击穿磁瓶并使整流变压器高压开关速断跳闸(善高公司的架空线就曾遭受过直击雷，致使磁瓶被击穿，造成整流变压器35 kV速断开关跳闸)，因此，系统的安全停车更为重要。

I期系统十余年的运行经验表明，将其高倍过流量设置成原来的1．59倍，能安全运行且不会对整流设备及电解槽造成不良影响。而Ⅱ期的过流倍数在10．8 kA运行时仅为1．09，明显太低，常常会引起系统停车；当系统在9 kA运行时，其高倍过流量为1．31倍，系统不易受雷电波影响，可安全稳定运行。而1．31倍的过流量无论是对整流柜的晶闸管还是对离子膜电解槽，短暂时间的承受都是在设计范围内的，是安全的。

(2)在高倍过流发出信号后，Ⅱ期整流系统不经延时即动作于跳闸。因而，虽然雷电波引起的电压波动时间很短，但也无法抵抗，一旦超过设定值，必然会造成系统停车。对于晶闸管整流系统而言，电流回路均设有性能良好的电流调节系统；但对于无时限跳闸的设置，调节系统没有调节的时间，不能起到调节作用。而工期整流系统在高倍过流发出信号后，是经过0．5 S的延时才动作于跳闸。无论是何种外电网入侵的浪涌电压，由于雷电波持续的时间很短，只有几十至几百个。因此，设置0．5 S的时限足以进行有效的电流调整，电流调节回路能在极短的时间内将电流调节至正常、稳定的状态。

(3)I、Ⅱ期整流装置整流柜的交流侧均安装了吸收浪涌电压的装置，但从效果来看，硒堆对于浪涌电压的吸收要好于通用型氧化锌压敏电阻。整改措施 综上所述，对Ⅱ期系统防雷电波引起的跳闸事故，善高公司拟定了如下改进措施：

(1)鉴于日方对离子膜电解槽的保守设置，高倍过流保护的定值不得变动，即保持在11．8 kA。因此，拟定了在雷雨天气降负荷运行的方案，即在雷雨天，将负荷从10．8 kA降至9 kA运行，这样，过流量能达到原来的1．31倍，一般能避免过雷电波的干扰。(2)为了发挥整流柜电流调节系统的稳流作用，使得整流柜即使在雷电波引起的电压波动时的直流电流超过高倍过流整定值(但在其允许的范围内)时，也可通过电流调节使电流稳定在给定值，故应提供适当的调节时间。经与工艺专家协商，对Ⅱ期的高倍过流保护系统也设置了0．5 S的延时。0．5 S后，系统电流若仍超过高倍过流动作值，再发出跳闸信号，令全厂停车。经过这样的设置，通过电流调节系统的调节作用，使系统电流稳定在给定值。(3)采用性能更为优越的过压保护装置——SPD高能低场强氧化锌压敏电阻取代了通用型压敏电阻，以更好地吸收浪涌电压。2003年初，善高公司对Ⅱ期系统进行了上述整改，取得了显著效果，根据2003年全年的统计结果，杜绝了因雷电波引起电压波动而造成的系统停车，雷击事故已得到了有效治理，保证了生产系统高负荷、安全、稳定、长周期地运行，极大地提高了生产效率。