输电线路避雷器基本原理与技术要求0215.ppt

输电线路避雷器的输电线路避雷器的基本原理与技术要求基本原理与技术要求状态评价中心2012年2月1目 录1.1.定义和分类定义和分类2.2.原理原理3.3.技术要求技术要求4.4.选型选型5.5.运行维护要求运行维护要求2交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器为为并并联联连连接接在线路路绝绝缘缘子子的的两两端端，，用用于于限限制制线线路路上上的的雷雷电电过过电电压压及及（（或或））操操作作过过电电压压之之用用的的复复合合外外套金属氧化物避雷器（以下简称线路避雷器）套金属氧化物避雷器（以下简称线路避雷器）金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器（（压压敏敏避避雷雷器器））是是以以氧氧化化锌锌（（ZnO）基压敏电阻（非线性电阻）组成的基压敏电阻（非线性电阻）组成的1 1 定义和分类定义和分类定义定义3复复合合外外套套氧氧化化锌锌避避雷雷器器是是集集合合复复合合绝绝缘缘子子与与氧氧化化锌锌避避雷雷器器的的优优点点而而迅迅猛猛发发展展起起来来的的70年年代代发发展展起起来来的的氧氧化化锌锌避避雷雷器器，，以以其其优优异异的的非非线线性性、、大大通通流流容容量等优点，取代了当时大量使用的碳化硅避雷器；量等优点，取代了当时大量使用的碳化硅避雷器；与与之之同同时时开开发发成成功功的的复复合合绝绝缘缘子子，，其其重重量量轻轻、、耐耐污性能好等优点为避雷器所利用。

污性能好等优点为避雷器所利用发展过程发展过程4自自1980年年开开始始，，国国外外提提出出了了在线路路上上安安装装氧氧化化锌锌避避雷雷器器来来减减少少雷雷击击故故障障的的需需求求美美国国和和日日本本先先后后成成功地将避雷器应用于线路上功地将避雷器应用于线路上我国从我国从1993年开始研制和应用线路型避雷器年开始研制和应用线路型避雷器目目前前，，复复合合外外套套氧氧化化锌锌避避雷雷器器已已在在110kV至至500kV输电线路上广泛应用输电线路上广泛应用5线路避雷器线路避雷器带串联间隙线路带串联间隙线路避雷器避雷器无间隙线路避雷无间隙线路避雷器（带脱离器）器（带脱离器）内间隙内间隙外间隙外间隙不带支撑件不带支撑件间隙（纯空间隙（纯空气间隙）气间隙）带支撑件间带支撑件间隙隙分类分类6带绝缘支撑件间隙线路避雷器带绝缘支撑件间隙线路避雷器7带脱离器的无间隙线路避雷器带脱离器的无间隙线路避雷器不带绝缘支撑件间隙线路避雷器不带绝缘支撑件间隙线路避雷器（纯空气间隙线路避雷器）（纯空气间隙线路避雷器）8其其目目的的是是在在雷雷电电过过电电压压的的情情况况下下保保护护与与之之并并联联的的绝绝缘缘子子串串，，故故串串联联间间隙隙应应仅仅在在快快波波前前过过电电压压下下击击穿穿，，而而能能承承受受各各种种工工频频和和系系统统中中出出现现的的缓缓波波前前过过电电压（操作过电压）。

压（操作过电压）带串联间隙金属氧化物避雷器带串联间隙金属氧化物避雷器9带带串串联联间间隙隙金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器与与绝绝缘缘子子串串相相并并联联，，它它由由金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器本本体体和和串串联联间间隙隙两两部部分构成带串联间隙金属氧化物避雷器带串联间隙金属氧化物避雷器带串联间隙金属氧化物避雷器带串联间隙金属氧化物避雷器结构及安装示意图结构及安装示意图10氧氧化化锌锌避避雷雷器器的的特特性性主主要要是是由材料的非线性特性决定由材料的非线性特性决定氧氧化化锌锌元元件件的的非非线线性性特特性性主主要要是是由由晶晶界界层层形形成成的的，，在在低低电电场场 强强 度度 下下 其其 电电 阻阻 率率 为为1010~1011W W·m，，而而当当电电场场强强度度达达到到106~107V/m时时，，其其电电阻阻率率骤然下降进入低电阻状态骤然下降进入低电阻状态2 2 原理原理非线性特性非线性特性圆饼状的氧化锌阀片圆饼状的氧化锌阀片11氧化锌元件的伏安特性可由下式表示氧化锌元件的伏安特性可由下式表示：其其 非非 线线 性性 系系 数数a a与与 电电 流流 密密 度度 有有 关关 ，， 一一 般般 为为0.01~0.04，在大的雷电流下，，在大的雷电流下，a a也不大于也不大于0.1。

氧化锌阀片与碳氧化锌阀片与碳化硅阀片伏安特化硅阀片伏安特性比较性比较 12避雷器的基本功能避雷器的基本功能 避雷器应具有以下四种机能：避雷器应具有以下四种机能：1）抑制过电压的机能；）抑制过电压的机能；2）冲击电流的通流机能；）冲击电流的通流机能；3）从瞬时接地状态下自我恢复性能（续流遮断性）从瞬时接地状态下自我恢复性能（续流遮断性能）；能）；4）不发生不必要的动作不发生不必要的动作13避雷器的动作原理图避雷器的动作原理图 14 为什么在雷电过电压出现期间，流经为什么在雷电过电压出现期间，流经避雷器的大电流没有造成线路保护动作？避雷器的大电流没有造成线路保护动作？ 电力系统工频周期为电力系统工频周期为20ms，继电保护，继电保护的采样周期在的采样周期在1ms左右而雷电波的半波左右而雷电波的半波长为长为10 s数量级，即避雷器泄放电流的数量级，即避雷器泄放电流的过程相对继电保护的反应时间来说可忽略过程相对继电保护的反应时间来说可忽略 15线路避雷器的保护范围线路避雷器的保护范围 利用利用ATP仿真软件，以仿真软件，以5基基220kV线路为例：线路为例：#1#1#2#2#3#3#4#4#5#5#3#3已安装避雷器已安装避雷器仿真线路段示意图仿真线路段示意图 16 分两种情况来研究。

分两种情况来研究 1））#3杆塔（已装设避雷器）顶部遭受雷击后，杆塔（已装设避雷器）顶部遭受雷击后，相邻杆塔是否有闪络风险相邻杆塔是否有闪络风险 2）雷击点在）雷击点在#3和相邻杆塔（未装避雷器）之间和相邻杆塔（未装避雷器）之间的地线上，相邻杆塔是否存在闪络风险的地线上，相邻杆塔是否存在闪络风险 注：接地电阻为注：接地电阻为10W W，档距取，档距取400m，其它具体参数见，其它具体参数见《《江西输电线路防雷技术深化研究江西输电线路防雷技术深化研究》》报告报告[4] 17 未装设避雷器时杆塔耐雷水平为未装设避雷器时杆塔耐雷水平为91kA，现在左，现在左右两相均加装避雷器的方式下，雷击右两相均加装避雷器的方式下，雷击#3杆塔顶部，随杆塔顶部，随着雷电流增加，计算结果如下：着雷电流增加，计算结果如下： 1））I=145kA时，虽然超过时，虽然超过#3杆塔耐雷水平，全杆塔耐雷水平，全线都不闪络线都不闪络 2））I=160kA时，相邻时，相邻#1闪络，闪络，#3、、#2塔不闪络塔不闪络 3））I=167kA时，除时，除#3塔外，相邻塔都闪络，此塔外，相邻塔都闪络，此时不存在外延时不存在外延“保护范围保护范围”。

18 当当雷雷击击点点在在装装设设避避雷雷器器的的#3塔塔和和相相邻邻杆杆塔塔之之间间的的地地线线上上时时，，从从下下表表列列出出了了邻邻塔塔发发生生闪闪络络的的反反击击闪闪络络电电流的变化流的变化 可可以以看看出出：：随随着着落落雷雷点点离离临临塔塔越越近近，，邻邻塔塔反反击击闪闪络络电电流流降降低低，，说说明明本本塔塔装装有有线线路路型型避避雷雷器器对对于于相相邻邻塔塔的的雷雷击击保保护护作作用用不不明明显显，，因因此此可可以以说说本本塔塔装装有有避避雷雷器器并并不能保护相邻塔不能保护相邻塔落雷点距落雷点距#3#3距离距离(m)(m)0 05050100100150150200200400400（（邻塔塔顶））邻塔反塔反击闪络电流流(kA)(kA)160160138138130130124124115115919119线路避雷器的安装相别线路避雷器的安装相别1））110kV线路宜在三相均安装避雷器线路宜在三相均安装避雷器2））220kV线路接地电阻大于线路接地电阻大于10Ω，或运行经，或运行经验证明反击故障为主的线路（段）宜在三相均安验证明反击故障为主的线路（段）宜在三相均安装避雷器；否则，单回路可仅在两边相安装，同装避雷器；否则，单回路可仅在两边相安装，同塔双回路可仅在两侧的上、中相安装。

塔双回路可仅在两侧的上、中相安装3））500kV线路在接地电阻不满足设计要求时，线路在接地电阻不满足设计要求时，应三相全部安装否则，单回路可仅在两边相安应三相全部安装否则，单回路可仅在两边相安装，同塔双回路可仅在两侧的上、中相安装装，同塔双回路可仅在两侧的上、中相安装20其它注意事项其它注意事项 1）对于接地电阻很难降低的杆塔，可考）对于接地电阻很难降低的杆塔，可考虑加装三相线路避雷器对于虑加装三相线路避雷器对于220kV线路，安装线路，安装线路避雷器后，接地电阻要求满足线路避雷器后，接地电阻要求满足20Ω以下即可以下即可 2）安装线路避雷器的杆塔，可不须安装）安装线路避雷器的杆塔，可不须安装负角保护针负角保护针 21悬悬挂挂式式安安装装时时，，应应进进行行拉拉伸伸负负荷荷试试验验：：型型式式和和抽抽样样试试验验取取避避雷雷器器自自重重的的15倍倍，，耐耐受受60s不不损损坏坏试试验验前前后后避避雷雷器器本本体体局局放放变变化化不不大大于于10pC，，局局放放量量不不大大于于10pC，直流参考电压变化不大于，直流参考电压变化不大于5%非悬挂式安装时，应进行抗弯负荷试验。

非悬挂式安装时，应进行抗弯负荷试验注：主要依据注：主要依据JB/T 10497-2005，下同3 3 技术要求技术要求机械性能机械性能复合外套外观复合外套外观22对对避避雷雷器器应应进进行行雷雷电电冲冲击击50%放放电电电电压压试试验验和和工工频频耐耐受受电电压压试试验验，，其其试试验验值值应应与与线线路路绝绝缘缘水水平平相相配配合合，，以以保保证证避避雷雷器器在在雷雷电电过过电电压压下下放放电电，，而而在在工工频频过电压下不放电典型推荐值见下表过电压下不放电典型推荐值见下表避雷器放电电压性能要求避雷器放电电压性能要求系统标称电压（有系统标称电压（有效值）效值）工频耐受电压（有工频耐受电压（有效值）不小于效值）不小于雷电冲击雷电冲击50%放放电电压（峰值）电电压（峰值）不大于不大于110185560220370960500567176023避避雷雷器器的的冲冲击击伏伏秒秒特特性性曲曲线线应应比比被被保保护护的的绝绝缘缘子子串的伏秒特性曲线至少低串的伏秒特性曲线至少低10%避雷器冲击伏秒特性避雷器冲击伏秒特性避雷器本体的局部放电避雷器本体的局部放电不应大于不应大于10pC24避雷器本体的残压避雷器本体的残压省省公公司司2005年年线线路路反反措措[7]：：避避雷雷器器与与被被保保护护绝绝缘缘子的雷电冲击配合系数不得小于子的雷电冲击配合系数不得小于1.35。

25电流冲击耐受电流冲击耐受避避雷雷器器本本体体应应通通过过2ms方方波波电电流流耐耐受受试试验验、、大大电电流流冲冲击击耐耐受受试试验验以以及及大大电电流流冲冲击击负负载载试试验验试试验验值值如下表：如下表： 系统标称电压有效值系统标称电压有效值(kV)2ms方波冲击电流值方波冲击电流值(A)大电流冲击耐受电流峰大电流冲击耐受电流峰值值(kA)1104001002206001005001200100264 4 选型选型避雷器型号含义避雷器型号含义 27结构形式结构形式线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器1））“架架空空输输电电线线路路差差异异化化防防雷雷工工作作指指导导意意见见”（（国国家家电电网网生生〔〔2011〕〕500号号））：：线线路路避避雷雷器器宜宜选选择带串联间隙的避雷器择带串联间隙的避雷器2））由由于于串串联联间间隙隙的的隔隔离离作作用用，，避避雷雷器器本本体体部部分分基基本本不不承承担担系系统统运运行行电电压压，，可可以以不不考考虑虑长长期期运运行行电电压压下下的的电电老老化化问问题题，，且且本本体体部部分分的的故故障障不不会会对对线线路路运行产生隐患运行产生隐患[9]。

28在在直直线线塔塔上上宜宜选选择择纯纯空空气气间间隙隙避避雷雷器器，，在在耐耐张张塔塔上宜选择绝缘支撑间隙避雷器上宜选择绝缘支撑间隙避雷器1））带带绝绝缘缘支支撑撑间间隙隙避避雷雷器器结结构构的的优优点点是是间间隙隙距距离离不不受受风风偏偏的的影影响响，，安安装装较较容容易易而而空空气气间间隙隙避避雷雷器器在在大大风风作作用用下下，，间间隙隙距距离离会会发发生生变变化化，，电电极极形形状状必必须须制制作作成成弧弧形形，，其其优优点点是是有有间间隙隙隔隔离离系系统统运运行行电电压，电阻片老化现象减轻压，电阻片老化现象减轻[10]292））根根据据对对湖湖南南、、华华北北电电科科院院调调研研，，带带绝绝缘缘支支撑撑间间隙隙避避雷雷器器的的复复合合绝绝缘缘子子本本身身有有老老化化和和维维护护的的问问题题，，故故首首选选纯纯空空气气间间隙隙避避雷雷器器但但由由于于纯纯空空气气间间隙隙避避雷雷器器在在耐耐张张塔塔上上不不便便安安装装，，故故耐耐张张塔塔选选用用带带绝绝缘缘支支撑撑间隙避雷器间隙避雷器3））报报告告[11]指指出出：：带带串串联联绝绝缘缘子子间间隙隙避避雷雷器器安安装装不不需需要要外外加加支支架架，，安安装装简简单单、、方方便便；；虽虽然然带带串串联联空空气气间间隙隙避避雷雷器器有有可可靠靠性性高高、、寿寿命命长长的的优优点点，，但但是是安安装装很很复复杂杂（（加加装装支支架架且且应应沿沿导导线线方方向向伸伸出出）），，对对于在耐张塔和特殊塔形安装非常困难。

于在耐张塔和特殊塔形安装非常困难30额定电压、标称放电电流额定电压、标称放电电流110kV、、220kV和和500kV线线路路避避雷雷器器的的额额定定电电压压分分别别建建议议选选择择102kV、、192kV和和396kV；；110kV、、220kV标标称称放放电电电电流流建建议议选选择择10kA，，500kV选选择择10kA或或20kA1））避避雷雷器器额额定定电电压压是是施施加加到到避避雷雷器器端端子子间间的的最最大大运运行行工工频频电电压压有有效效值值，，选选择择避避雷雷器器额额定定电电压压时时，，仅仅考考虑虑单单相相接接地地、、甩甩负负荷荷和和长长线线电电容容效效应应引引起起的的暂暂时过电压时过电压312））行行标标[1]对对带带间间隙隙避避雷雷器器额额定定电电压压的的推推荐荐值值和和华北公司企标推荐值如下表：华北公司企标推荐值如下表： 电压等级电压等级DL/T 815-2002[1]华北公司企标华北公司企标[12]110kV90～～102102220kV180～～204192500kV396396323））华华北北公公司司企企标标对对标标称称放放电电电电流流的的推推荐荐值值为为10kA。

4））雷雷电电冲冲击击电电流流残残压压根根据据额额定定电电压压和和标标称称放放电电电流推荐值在电流推荐值在DL/T 815-2002[1]表表3中查得 33间隙距离间隙距离按如下按如下2个原则确定串联间隙长度：个原则确定串联间隙长度：1））线线路路避避雷雷器器串串联联间间隙隙距距离离应应足足够够大大，，能能承承受受避雷器所安装线路系统最大过电压避雷器所安装线路系统最大过电压2））线线路路避避雷雷器器串串联联间间隙隙距距离离应应足足够够小小，，使使得得雷雷击杆塔时线路避雷器能在绝缘子串闪络之前动作击杆塔时线路避雷器能在绝缘子串闪络之前动作34方法：方法：1））测测试试串串联联空空气气间间隙隙U50、、绝绝缘缘子子放放电电电电压压U50，，满满足足给给定定冲冲击击配配合合系系数数条条件件下下，，确确定定串串联联空空气气间间隙距离2））进进一一步步试试验验验验证证选选定定间间隙隙与与绝绝缘缘子子串串的的伏伏秒秒特性是否配合良好特性是否配合良好3））进进行行外外串串间间隙隙氧氧化化锌锌避避雷雷器器的的工工频频耐耐受受试试验验，，验证是否大于系统的最大工频过电压验证是否大于系统的最大工频过电压。

35计算方法：计算方法：绝缘子串绝缘子串U50%计算方法（计算方法（IEC推荐公式）推荐公式）其其中中Us-t为为伏伏秒秒特特性性绝绝缘缘子子闪闪络络电电压压(kV)；；L为为绝绝缘缘子子串串长长度度(m)；；t为为从从雷雷击击开开始始到到闪闪络络所所经经历历的的时时间间(μs)在在缺缺少少实实际际试试验验数数据据的的情情况况下下，，对对于于瓷瓷绝绝缘缘子子可取可取t=10μs对应的闪络电压值作为该绝缘串的对应的闪络电压值作为该绝缘串的U50%36由由于于氧氧化化锌锌非非线线性性电电阻阻的的影影响响，，线线路路避避雷雷器器（（包包括括氧氧化化锌锌阀阀片片本本体体和和串串联联外外间间隙隙））的的50%雷雷电电冲冲击击放放电电电电压压比比空空气气外外间间隙隙的的数数值值高高线线路路避避雷雷器器50%雷雷电电冲冲击击放放电电电电压压可可这这样样粗粗略略估估算算：：即即线线路路避避雷雷器器50%雷雷电电冲冲击击放放电电电电压压约约等等于于氧氧化化锌锌阀阀片片本本体体的的直直流流1mA电电压压与与串串联联外外间间隙隙的的50%雷雷电电冲冲击击放放电电电电压压之和之和[15]该值由生产厂家提供。

该值由生产厂家提供冲击配合系数冲击配合系数 = 绝缘子串绝缘子串U50%/线路避雷器线路避雷器U50%37浙江公司浙江公司[14]、浙江永德、浙江永德[3]给出的参考值如下：给出的参考值如下： 38以下参考华北公司以下参考华北公司[12]、浙江公司、浙江公司[14]企业标准：企业标准：1））建建立立台台账账、、运运行行记记录录并并密密切切加加以以监监视视，，雷雷雨雨季季节节及及时时记记录录雷雷击击动动作作情情况况；；同同时时还还应应建建立立必必要要的的检修、试验、轮换制度，确保装置运行的可靠性检修、试验、轮换制度，确保装置运行的可靠性2）结合线路检修进行的运行维护工作包括：）结合线路检修进行的运行维护工作包括：避避雷雷器器本本体体外外观观目目测测；；串串联联间间隙隙、、上上下下电电极极测测量量和和检检查查；；高高压压电电极极和和接接地地端端连连线线检检查查；；连连接接件件检检查查；；检检查查、、记记录录计计数数器器动动作作次次数数；；检检查查在线或或离离线线监测装置监测装置5 5 运行维护要求运行维护要求393））运运行行5年年后后的的线线路路避避雷雷器器应应进进行行抽抽样样试试验验，，抽抽样样比比例例可可按按3-5%（（至至少少1支支））抽抽取取，，抽抽样样避避雷雷器器应应进进行行局局部部放放电电试试验验，，如如抽抽样样避避雷雷器器试试验验不不满满足足要要求求，，要要求求对对同同批批次次避避雷雷器器加加大大抽抽样样比比例例，，如如仍仍出出现现一一支支不不合合格格，，应应对对同同批批次次避避雷雷器器全全部部进进行行试试验验，，确确定定是是否能够继续运行。

否能够继续运行4））动动作作20次次及及以以上上的的避避雷雷器器应应进进行行直直流流试试验验，，试验不合格应退出运行试验不合格应退出运行5 5 运行维护要求运行维护要求40[1]DL/T 815-2002 交交流流输输电电线线路路用用复复合合外外套套金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器[S]，，2002．．[2]解广润解广润 主编．电力系统过电压主编．电力系统过电压[M]．水利电力出版社，．水利电力出版社，1985．．[3]35~220kV线线路路型型金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器[R]．．杭杭州州永永德德电电气气有有限限公公司司，，2011．．[4]江西输电线路防雷技术深化研究江西输电线路防雷技术深化研究[R]．江西省电力科学研究院，．江西省电力科学研究院，2012．．[5]IEC 60099-8 2011 Surge arresters–Part 8: Metal-oxide surge arresters with external series gap (EGLA) for overhead transmission and distribution lines of a.c. systems above 1 kV[S]，，2011．．[6] JB/T 10497-2005 交交流流输输电电线线路路用用复复合合外外套套有有串串联联间间隙隙金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器[S]．．2002．．参考文献41[7]赣赣电电生生〔〔2005〕〕49号号．．关关于于印印发发进进一一步步降降低低220kV线线路路故故障障跳跳闸闸率率反反事事故措施的通知故措施的通知[S]，江西省电力公司，，江西省电力公司，2005．．[8]国国家家电电网网生生〔〔2011〕〕500号号 架架空空输输电电线线路路差差异异化化防防雷雷工工作作指指导导意意见见[S]．国家电网公司，．国家电网公司，2011．．[9]马马春春华华．．线线路路避避雷雷器器和和绝绝缘缘子子串串的的伏伏秒秒特特性性配配合合问问题题研研究究[J]．．高高压压电电器器，，2007，，43(1)：：68-69，，73．．[10]程程更更生生，，蒲蒲路路．．避避雷雷器器在在输输电电线线路路防防雷雷中中若若干干问问题题的的探探讨讨[J]．．电电瓷瓷避避雷器，雷器，2005，，205(3)：：38-40．．[11]赣赣东东北北供供电电公公司司线线路路加加装装避避雷雷器器方方案案[R]，，赣赣东东北北公公司司生生产产技技术术部部，，2010.12．．[12]华华北北地地区区雷雷区区分分级级标标准准与与高高压压架架空空线线路路防防雷雷配配置置原原则则[S]，，华华北北电电网网有有限公司，限公司，2007．．42[13]李李信信．．高高压压输输电电线线路路氧氧化化锌锌避避雷雷器器技技术术原原理理和和应应用用方方案案的的研研究究[D]．．硕硕士学位论文．华北电力大学，士学位论文．华北电力大学，2001．．[14]浙浙江江电电网网交交流流输输电电线线路路用用有有串串联联间间隙隙复复合合外外套套金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器使使用用导则导则[S] 浙江省电力公司，浙江省电力公司，2010．．[15]葛葛栋栋．．输输电电线线路路避避雷雷器器的的应应用用及及其其安安装装方方案案[J]，，华华北北电电力力技技术术，，2009，，8：：38-41．．43谢谢 谢！谢！44。