国家电网 优秀人才专家编写培训教材 避雷器知识与试验.ppt

1 氧化锌避雷器氧化锌避雷器试验试验 电力图书馆微信公众号电力图书馆微信公众号 2 基本知识基本知识 基本结构基本结构 测试技术测试技术 氧化锌避雷器 主要内容 3 讲课内容讲课内容 4 电力系统电力系统过电压过电压可分为三类：可分为三类：1 1、暂时过电压：这类过电压一般由单相接地、甩负荷、或、暂时过电压：这类过电压一般由单相接地、甩负荷、或谐振等原因引起，持续时间较长。谐振等原因引起，持续时间较长。2 2、操作过电压：正常操作或故障时会使系统由一种稳定状、操作过电压：正常操作或故障时会使系统由一种稳定状态转变成另一种稳定状态而产生的电磁暂态过程，从而态转变成另一种稳定状态而产生的电磁暂态过程，从而产生过电压。产生过电压。3 3、雷电过电压，它分为以下三种：、雷电过电压，它分为以下三种：1 1）感应雷过电压）感应雷过电压 2 2）雷直击过电压）雷直击过电压 3 3）雷击杆塔引起的反击过电压。由于杆塔本身的电感和接）雷击杆塔引起的反击过电压。由于杆塔本身的电感和接地电阻的存在雷电流在杆塔导体电阻形成的压降产生的地电阻的存在雷电流在杆塔导体电阻形成的压降产生的反击电压，通常要求杆塔接地电阻小于反击电压，通常要求杆塔接地电阻小于1010欧姆。欧姆。一、电力系统过电压的分类一、电力系统过电压的分类 电力系统过电压 220kV及以下一次设备主要考虑是大气过电压；而220kV以上一次设备主要是考虑操作过电压。6 过电压案例过电压案例 电磁式电压互感器电磁式电压互感器一次绕组成星形，中性一次绕组成星形，中性点直接接地。当进行某些操作时，电压互感器点直接接地。当进行某些操作时，电压互感器的激磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振的激磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路，由于回路参数及外界激发条件的不同，回路，由于回路参数及外界激发条件的不同，可能造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。可能造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。统计表明，电磁式电压互感器引起的统计表明，电磁式电压互感器引起的铁磁谐振铁磁谐振过电压过电压是中性点不接地系统中最常见、且造成是中性点不接地系统中最常见、且造成事故最多的一种内部过电压，严重地影响供电事故最多的一种内部过电压，严重地影响供电安全安全。7 例 8 二、二、MOA(MOA(氧化锌避雷器氧化锌避雷器)的作用的作用 电力系统运行的电气设备除了承受正常运行电压电力系统运行的电气设备除了承受正常运行电压下的工频电压外，有时还会遭受到暂时过电压、下的工频电压外，有时还会遭受到暂时过电压、操作过电压和雷电过电压的作用。由于雷电过电操作过电压和雷电过电压的作用。由于雷电过电压和操作过电压的幅值均会超过电力设备的绝缘压和操作过电压的幅值均会超过电力设备的绝缘耐受水平，在过电压的冲击下，会使设备绝缘损耐受水平，在过电压的冲击下，会使设备绝缘损坏而导致设备发生事故。因此必须采取综合措施坏而导致设备发生事故。因此必须采取综合措施来限制电力系统中的过电压。避雷器就是电力系来限制电力系统中的过电压。避雷器就是电力系统防雷保护措施之一。统防雷保护措施之一。9 1.避雷器是用来限制过电压的一种主要保避雷器是用来限制过电压的一种主要保护电器，是发电厂变电所防雷保护的基护电器，是发电厂变电所防雷保护的基本保护措施之一。本保护措施之一。2.工作原理：工作原理：通常避雷器接在系统与地之间，与被保通常避雷器接在系统与地之间，与被保护设备并联。在正常运行电压下，氧化护设备并联。在正常运行电压下，氧化锌电阻片呈现极高的电阻，通过它的电锌电阻片呈现极高的电阻，通过它的电流只有微安级；当系统出现危害电器设流只有微安级；当系统出现危害电器设备绝缘的过电压时，由于氧化锌电阻片备绝缘的过电压时，由于氧化锌电阻片的非线性，避雷器两端的残压被限制在的非线性，避雷器两端的残压被限制在允许值之下，并且吸收过电压能量，从允许值之下，并且吸收过电压能量，从而保护了电器设备的绝缘。而保护了电器设备的绝缘。工程图中符号工程图中符号 10 避雷器的运行特性避雷器的运行特性 1)在正常工作电压情况下，避雷器对地有较高的绝缘电阻，等在正常工作电压情况下，避雷器对地有较高的绝缘电阻，等于开路。于开路。2)在出现异常电压在出现异常电压(如大气过电压如大气过电压)时，不论异常电压频率的高时，不论异常电压频率的高低，避雷器均能很快地对地接通，使雷电流迅速对地放电。这低，避雷器均能很快地对地接通，使雷电流迅速对地放电。这时避雷器电阻变得很小，接近短路。时避雷器电阻变得很小，接近短路。3)在异常电压、大电流通过避雷器时，避雷器不能过热或损坏。在异常电压、大电流通过避雷器时，避雷器不能过热或损坏。4)在雷电流以及短的时间通过后恢复到正常电压时，能迅速灭在雷电流以及短的时间通过后恢复到正常电压时，能迅速灭弧，电阻马上变得极大，对地又立即不通，停止放电，阻止电弧，电阻马上变得极大，对地又立即不通，停止放电，阻止电路的正常工频电流跟随通过。路的正常工频电流跟随通过。11 分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，分流：采用避雷器来限制雷电过电压波，将雷电流分流入地。将雷电流分流入地。避雷器 被保护设备 接地体 12 讲课内容讲课内容 13 避雷器 阀式避雷器 普通型 磁吹型 FS型 FZ型 FCZ型 FCD型 氧化锌避雷器 一、避雷器的分类一、避雷器的分类 技术发展 1896-1908年，羊角放电间隙，间隙上加装磁吹线圈并串联线性电阻；1907-1920年,氧化铝和氧化铅代替间隙串并线性电阻，阀式避雷器的原型；1920-1930年，氧化铝和氧化铅电阻器外串羊角间隙；1930-1940年，发明碳化硅（SiC）非线性电阻片（SiCR）；1940-1950年，SiCA迅速发展和普及；我国开始使用第一代普阀式避雷器。1950-1960年，SiCR通流能力的提高和残压的降低，致力于改善间隙的结构，降低冲击放电电压并提高工频续流能力，出现磁吹阀式避雷器。第二代避雷器磁吹避雷器；1960年开始研制MOR，1970年问世电力系统，我国中压MOA七十年代末问世，发展很快，第三代避雷器；1980年后开始研制GMOA（带间隙MOA）1990年后出现合成绝缘外套MOA。保护间隙 一个或两个间隙 管式避雷器 多个均匀的小间隙 间隙和管式避雷器的缺点 伏秒特性太陡，放电分散性大，绝缘配合困难 动作后形成幅值很高的截波，危及变压器绝缘 18 阀式避雷器 多个均匀的小间隙串/并联非线性电阻，电阻非线性系数为0.250.45.19 1-密封橡皮 2-压紧弹簧 3-间隙 4-阀片 5-瓷套 6-安装卡子 二、阀式避雷器结构 20 21 22 由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联。火花间隙和非线性电阻（又称阀片）串联。火花间隙将带电部分与阀片隔开，阀片电阻值与流过将带电部分与阀片隔开，阀片电阻值与流过的电流有关，电流愈大电阻愈小。的电流有关，电流愈大电阻愈小。有普通型和磁吹型两类。电阻阀片由金刚砂有普通型和磁吹型两类。电阻阀片由金刚砂（SiC）和结合剂烧结而成，称为碳化硅阀）和结合剂烧结而成，称为碳化硅阀片片 主要应用在变电所的高压防雷，特点是通流主要应用在变电所的高压防雷，特点是通流量大，但是反应时间比较长，是电力系统较量大，但是反应时间比较长，是电力系统较为常见的高压防雷产品。为常见的高压防雷产品。23 其突出优点在于：采用高性能氧化锌电阻片，使产品通流能量大、大电流冲击时残压低，保护性能好。采用新型的防爆结构，当产品内部故障导致压力剧增时，通过压力释放装置使内部压力得以释放。避雷器结构：单柱型 多柱并联型 依据主要标准：GB11032-2000 交流无间隙金属氧化物避雷器 GB311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合 瓷套型避雷器 （单元节结构图）三、氧化锌避雷器结构 24 25 氧化锌避雷器的优点 1、由于氧化锌避雷器无串联火花间隙，所以避免了对电压分布及放电电压的影响，即由于瓷套外污秽使串联火花间隙放电电压不稳定的缺点，具有极强的抗污性能。2、由于氧化锌避雷器无串联火花间隙，极大地改善了避雷器的特性，消除了有串联火花间隙放电需要一定的时延，提高了对设备保护的可靠性。3、使电气设备所受的过电压可以降低。因无串联火花间隙，在整个过电压过程中都有电流流过，降低了作用在变电站电气设备上的大气过电压幅值。26 4、又于氧化锌避雷器电阻片具有较好的非线性，在正常工作电压下，避雷器只有很小的泄漏电流通过，而在过电压下动作后并无工频续流通过，因此避雷器释放的能量大为减小，从而可以承受多重雷击，延长了工作寿命。5、由于氧化锌阀片的通流能力很大，提高了 避雷器的动作负载能力。6、可以对大容量电容器组进行保护。7、体积小，质量小，结构简单，运行维护方便。氧化锌避雷器的优点（续）29 GIS避雷器结构避雷器结构 30 MOA型号 产品型式：产品型式：Y Y表示瓷表示瓷套式金属氧化物避雷器套式金属氧化物避雷器 YHYH（HYHY）表示有机外表示有机外套金属氧化物避雷器套金属氧化物避雷器 结构特征：结构特征：W W表示无表示无隙隙 C C表示串联间隙表示串联间隙 使用场所：使用场所：S S表示配表示配电型电型 Z Z表示电站表示电站型型 R R表示并表示并联补偿电容器用联补偿电容器用 D D表示电机用表示电机用 T T表示电气化铁道用表示电气化铁道用 X X表示线路型表示线路型 附加特性：附加特性：W W表示防污型表示防污型 G G表示高原型表示高原型 THTH表示湿热带地区用表示湿热带地区用 DLDL表示电缆型避雷器表示电缆型避雷器 31 Y10W-200/520 Y：氧化锌避雷器 10：标称放电电流10kA W：无间隙 200：额定电压200kV 520：标称放电电流下的最大残压 146：长期工作电压 MOA型号（举例）避雷器参数避雷器参数 33 MOA的几个重要参数 避雷器的额定电压（避雷器的额定电压（UrUr）：施加到避雷器端子间最大允许工频电压有效值。按照此电压所设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。它是表明避雷器运行特性的一个重要参数，但它不等于系统额定电压。避雷器的持续运行电压（避雷器的持续运行电压（UcUc）：在运行中允许持久地施加在避雷器端子上的工频电压有效值。Ur=1.25Uc或Uc=0.8Ur 工频参考电压工频参考电压（Uref.ac）IEC定义 在避雷器通过工频参考电流工频参考电流时测出的避雷器的工频电压最大值除以2。通常Uref低于或接近于“拐点”，高于Ur。Uref.ac的作用是选择试品，对于用户作为监控运行情况的参考 避雷器的特性避雷器的特性 工频参考电流（Iref.ac）用于确定避雷器工频参考电压的工频电流阻性分量的峰值。工频参考电流应足够大，使杂散电容对所测避雷器参考电压的影响可以忽略，该值由制造厂规定。典型范围为每平方厘米电阻片面积0.05 1.0mA。直流参考电压直流参考电压（Uref.dc）在避雷器流过直流参考电流时测出的避雷器的直流电压平均值。直流参考电流直流参考电流（Iref.dc）用于确定避雷器直流参考电压的直流电流平均值。通常取1 5mA。避雷器保护水平（由残压决定）避雷器的标称放电电流避雷器的标称放电电流：用来划分避雷器等级的、具有8/20 s波形的放电电流峰值。避雷器的残压避雷器的残压:放电电流通过避雷器时其端子间的最大电压值。雷电冲击电流（8/20S）残压 陡波冲击电流（1/5S）残压 操作冲击电流（30/80S）残压 避雷器保护水平 雷电冲击保护水平 陡波电流冲击下最大残压除以1.15和雷电冲击最大残压两值中较大者为避雷器的雷电冲击保护水平 操作冲击保护水平 避雷器的操作冲击保护水平是规定的操作电流冲击下最大残压 1.4 1.15 避雷器的保护水平被保护设备的绝缘水平绝缘配合系数 荷电率荷电率 表征单位电阻片上的电压负荷，是金属氧化物避雷器的持续运行电压峰值与参考电压（Ucp/Uac.re