避雷器结构和试验.ppt

避雷器结构和试验山东电力研究院郭志红主要内容1) 避雷器的特性2）避雷器的作用和选用原理3) 避雷器(MOA)结构4) 避雷器(MOA)试验避雷器的发展过程复合外套氧化锌避雷器¡复合外套氧化锌避雷器问世于８０年代，美国、日 本、俄罗斯等国已分别研制出６．６～７５０ｋＶ系 统用复合外套氧化锌避雷器，并有数千万只在电力系 统运行我国从开始到现在，已研制和生产３ｋＶ～ ５００ｋＶ电压等级的复合外套氧化锌避雷器，并以 生产１０ｋＶ电压等级为主避雷器的特性金属氧化物避雷器（MOA）避雷器¡工频参考电压¡直流参考电流/电压¡残压¡工频电压耐受时间特性---在规定条件下，对避雷器施加不同的工频电压，避雷器不损坏、不发生热崩溃时所对应的最大持 续时间的关系曲线¡保护特性--- a.陡波冲击电流残压；b.雷电冲击电流残压； c.操作冲击电流残压¡脱离器---在故障时，使避雷器引线与系统断开以排除系统持续故障的一种装置切除时避雷器的故障电流通常不是该装置 的功能，故不一定能防止瓷套爆炸¡持续运行电压 -由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常 工频相电压要长期作用在金属氧化物电阻片上为了保证一定 的使用寿命。

长期作用在避雷器上的运行电压不得超过避雷器 的持续运行电压，选择避雷器时必须注意这个参数 避雷器参数电力系统运行中的作用电压a) 正常运行时的工频电压：b）暂时过电压（工频、谐振过电压）；c) 操作过电压：d) 雷电过电压有代表性的作用电压绝缘配合过程框图(从系统运行角度)系统分析代表性电压及过电压满足性能指标的绝缘的选取配合的耐受电压要求的耐受电压型式试验和运行条件之间的系数标准耐受电压的选取额定和标准绝缘水平作用电压的起因及分类 过电压限制装置的保护水平 绝缘特性绝缘特性 性能指标 统计分布 输入数据的误差大气校正因素 设备试验的装备 产品的分散性 安装质量 运行中的老化 其他试验条件 试验转换因数 标准耐受电压配合因数安全因数系统过电压的分类选用避雷器的一般程序¡2.1 根据系统最高工作电压确定避雷器的持续运行电压 ¡2.2 估算避雷器安装点的暂时过电压幅值和持续时间 ¡2.3 估算通过避雷器的雷电过电压放电电流的最大幅值 ¡2.4 估算通过避雷器的操作过电压放电电流和能量 ¡2.5 选择避雷器的额定电压、标称放电电流等级 ¡2.6 确定所选择避雷器的保护水平 ¡2.7 根据避雷器与被保护物的距离和其他影响因素，计算用避雷器保护时在被保护设备上出现的过电压值。

¡2.8 校核被保护设备的雷电过电压、操作过电压耐受强度是否高于被保护设备上出现的过电压值¡暂时过电压 ¡ 暂时过电压是由于长线电容效应、突然甩负荷、单相接地以及其他故 障引起的系统电压的暂时升高，其持续时间约为零点几秒或几秒，并有振 荡的暂态过程这种过电压作用于避雷器时使电流和能量损耗增大，温度 升高当金属氧化物电阻片产生的热量与瓷套散发的热量之间失去平衡时 ，将导致热崩溃因此，避雷器必须具备耐受这种暂时过电压的能力，这 是选择避雷器额定电压的一个主要因素 ¡ 单相接地时会引起健全相电压的升高对于一般中性点有效接地系统 中的变电所，若零序电抗与正序电抗之比(X0/X1)在0与+3之间，而零序电 阻与正序电抗之比(R0/X1)在0与+1之间，则避雷器安装点的接地故障系数 不超过1.4因此，对110kV、220kV中性点有效接地系统，为了简化选择 程序，其暂时过电压一般采用1.4倍系统最高工作相电压对330kV及 500kV系统，虽然接地故障系数一般较低，但同时考虑突然甩负荷及长线电 容效应等因素，500kV系统中变电所线路断路器母线和线路侧的暂时过电压 一般分别不超过1.3和1.4倍最大相电压。

监测数据 监测数据避雷器电气特性¡额定电压-¡持续运行电压-¡启始动作电压-¡压比-¡荷电率-¡保护比-¡伏秒特性-侵入雷电波防护是变电站防雷的一个重要 方面，沿线路侵入发、变电站的雷电过电压是 很常见的，而变电站电气设备的绝缘水平要比 线路低得多，变电站对雷电进行波的保护是十 分重要的特别是500kV电气设备的绝缘设计裕 度较小，变电站的侵入雷电波将直接威胁站内 电气设备的安全侵入雷电波例：500kV变电站电气主接线建立计算模型¡将雷电流直接作用于有关的雷击点（进线段 各杆塔），输电线路（包括进线段、避雷线 ）、变电站各设备、连接线、母线等，作为 一个整体系统进行分析计算，以更确切的反 映雷电作用下的变电站波过程 ¡依据规程建议的我国雷电流强度概率，取雷 电流强度取值为：出现概率为3.5 0/00 的雷 电流（216kA）幅值，进行分析计算 例：变电站雷电侵入波计算等值线路绝缘子放电的伏秒特性 绝缘子串正极性放电的伏秒特性用以 下指数函数拟合：（kV）绝缘子串负极性放电的伏秒特性用正 极性放电的伏秒特性的1.13倍 雷击杆塔塔顶造成反击w 雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电 压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。

w 塔顶电位：w 如取固定波头长度τt＝2.6μs，则，耐雷水平为：¡其中：rs为绕击击距；I为绕击电流幅值；系数k=6.72, p=0.8；w根据线路的电气几何尺寸，建立 模型，决定线路绕击电流幅值 采用怀特黑德（whitehead）的击 距与雷电幅值的关系绕击电流幅值模型中着重考虑的要素¡线路绝缘子串正极性放电的伏秒特性以通过雷电标准冲击 试验得到的指数函数进行拟合¡变电站进线段的线路参数采用导线和双避雷线构成的多导 线耦合系统，多相分布参数分段进行模拟¡每一级线路杆塔采用实际设计杆塔结构的分布参数模拟，¡避雷器的非线性电气特性的模拟¡研究同塔双回进线段结构的分布参数模型例：雷击滕洲变电站出线2#塔时，作用在 变电站不同设备上的暂态过电压例：雷击滕洲变电站出线3#塔时，作用在 变电站不同设备上的暂态过电压例：作用滕洲在变电站不同设备上的 最大反击暂态过电压（采取措施后）雷击击 类类型 变电变电 站接 线线方式 设备设备 最大侵入波过电压过电压 （kV） 代码码 母线线避 雷器CVTSWCTGT反击击 正常接线线 FS01无1295.41045.7 91078.6 41083851.13有1149.21023.71010.91074903.86 两线线一变变 FS02无1289.31193.31170.31202.7892.03 有1169.71158.21067.61420.9888.09 一线线一变变 FS03无1279.21473.41591.11676.9900.8 有1212.41299.51442.11497.5897.11 FS04无1328.51300.71340.11421.6900.8 有1177.81318.51333.51326.8871.33 最大 无1328.51473.41591.11676.9900.8有1212.41318.51442.11497.5903.86例：作用滕洲在变电站不同设备上的 最大绕击暂态过电压（采取措施后）雷 击击 类类 型接线线 方式 设备设备 最大雷电电侵入波过电压过电压 （kV） 代码码母线线避 雷器CVTSWCTGT绕绕 击击两线线两变变FS0 1有1113.31062. 91072.31074.3939.91两线线一变变FS0 2有1094.91137. 31125.51139.91007.5一线线一变变FS0 3有1114.81087. 31100.41082.41048.1两线线两变变FS0 4有11091137. 51147.91146.71042.1最大 有1289.31318. 51333.51326.81048.1最大 例：主要设备上最大过电压绝缘裕度 ¡注：表中允许值是依据规程要求:内绝缘裕度在15%，外绝缘裕度在4% 。

设备设备设备设备 雷电电 冲击击耐受 电压电压 （kV ）设备绝缘设备绝缘 水平(一) ( 允许值许值 ) （kV）设备绝缘设备绝缘 水平（二 ） (允许值许值 ) （kV） 设备设备 最大 侵入波过过 电压电压 （kV ）绝缘绝缘 裕度 (%)变压变压 器1550134812391048.132.3电电抗器1675145713481442.113.9DL、CT1675145713481289.323CVT1675145713481497.510.6隔离开关16751595 14761048.132.3例：雷击滕洲变电站时， 变电站各处避雷器吸收的电流例：各种运行方式下的（反击） 各处避雷器中流过的最大电流雷击击 类类型 变电变电 站 接线线方式 避雷器最大电电流（kA） 代码码 母线线避雷器线线路避雷器主变变避雷器母线线避雷器反击击 正常接线线 FS01无12.683.64 有4.033.572.45 两线线一变变 FS02无12.363.53 有6.053.133.56 一线线一变变 FS03无14.093.67 有13.052.652.52 FS04无12.093.75 有11.182.784.75 最大 无14.093.67 有13.052.784.75例：各种运行方式下的（绕击） 各处避雷器中流过的最大电流 雷击击 类类型接线线 方式 避雷器最大电电流（kA） 代码码母线线避雷器线线路避雷器主变变避雷器母线线避雷器绕击绕击 两线线两变变FS01有14.225.441.85 两线线一变变FS02有11.588.25.54一线线一变变FS03有13.619.796.39两线线两变变FS04有14.759.437.11 最大 有14.759.797.11为设计提出建设性的建议¡根据计算，当设计不满足绝缘配合要求时，分 析引起雷电过电压过高的根本原因，根据具体情 况，提出解决办法。

如：¡延长线路避雷线到变电站母线构架¡所有设备均接在变电站进线门型塔之后¡减小个别主要设备与避雷器间的距离¡优化母线避雷器的安置位置¡合理调动线路高抗和线路CVT的相对位置¡合理要求变电站进线段杆塔接地电阻220KV、110KV敞开式变电站¡ 电网的发展增加了进线断路器出现暂时性分闸 状态的机会，两种情况的叠加使得雷电侵入波引起 110kV和220kV敞开式变电所进线断路器及CT等设 备事故的发生频度不容忽视 ¡在多雷地区新设计110kV和220kV敞开式变电所 时，宜在每回进线的断路器线路侧装设MOA， MOA至变压器之间的最大保护距离要满足规程要求 ¡已运行的110kV和220kV敞开式变电所，确需考 虑进线断路器的暂时性分闸状态又要加以保护时， 可视安装位置的方便在进线断路器线路侧附近或进 线终端塔上增设一组MOAMOA至分闸断路器之 间的最大保护距离要求MOA安装在进线终端塔上 ，杆塔接地装置的冲击接地电阻应小于7欧 ¡220KV、110KV敞开式变电站¡避雷器保护距离MOA安装在进线上的效果比母线上好电压电压 等级级进线进线 段避雷器保护护距离（m） 220kV2km950902km850125 110kV1km55 2km125GIS变电站特点n伏秒特性比较平坦n波阻抗小、波速~光速n电气距离小n无电晕n要求过电压高可靠性110KVGIS电缆出线变电站当长电缆线路的护层采用交叉互连时，由于电 缆相与相之间的耦合作用得到加强，使得过电 压水平有明显的下降．但当护层两端的接地电 阻较高时一护层上的过电压值将达到较高的幅 值，通过降低接地电阻可明显减小过电压的幅 值，而对主绝缘芯线上的过电压水平则影响不 大。

110KVGIS电缆出线变电站长电缆线路的冲击波过电压发展过程 与架空线路相比，显得更为复杂，电 缆内冲击波的折反射过程将与避雷器 的放电过程一起相互作用，使得过电 压水平与电缆长度之间的关系不是一 简单的线性关系，而是呈波动状态 但其总的趋势是随着电缆长度的增加 ，过电压水平明显下降220K。