避雷器結構和試驗

1、避雷器結構和試驗主要內(nèi)容主要內(nèi)容n1、避雷器基本知識n2、避雷器的分類n3、各類避雷器的特點n4、金屬氧化物避雷器（MOA）n5、氧化鋅避雷器的主要電氣參數(shù) n6、評價氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的指標n7、產(chǎn)品型號說明n8、氧化鋅避雷器試驗n9、氧化鋅避雷器帶電測試n10、避雷器故障分析一、避雷器基本知識定義定義 能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量、保護電氣設備免受瞬時過電壓（雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊）危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置 。作用作用 當過電壓出現(xiàn)時，避雷器兩端子間的電壓不超過規(guī)定值，使電氣設備免受過電壓損壞；過電壓作用后，又能使系統(tǒng)迅速恢復正

2、常狀態(tài)，以保證系統(tǒng)正常供電 。避雷器對過電壓的保護作用：電力避雷器涉及的幾個指標n（1）伏秒特性：指電壓與時間的對應關系。n（2）工頻續(xù)流：指雷電壓或過電壓放電結束后，但工頻電壓仍作用在避雷器上，使其流過的工頻短路接地電流。n（3）絕緣強度自恢復能力：電氣設備絕緣強度與時間的關系，即恢復到原來絕緣強度的快慢。n（4）避雷器的額定電壓：把工頻續(xù)流第一次過零后，間隙所能承受的，不至于引起電弧重燃的最大工頻電壓，又稱電弧電壓。（1）避雷器的伏秒特性的上限不得高于電氣設備的伏特特性的下限。（2）要求避雷器間隙絕緣強度的恢復程度高于避雷器上恢復電壓的增長程度。避雷器的伏秒特性避雷器的伏秒特性電氣設備的最

3、高工頻電壓電氣設備的最高工頻電壓電氣設備的伏秒特性電氣設備的伏秒特性絕緣強度恢復低于絕緣強度恢復低于絕緣強度恢復高于絕緣強度恢復高于避雷器恢復電壓避雷器恢復電壓工頻電壓工頻電壓對電力避雷器的基本要求二、避雷器的分類n保護間隙保護間隙n排氣式避雷器排氣式避雷器n閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器普通閥式避雷器磁吹式避雷器磁吹式避雷器n金屬氧化物避雷器（金屬氧化物避雷器（MOA）保護間隙保護間隙 保護間隙由兩個間隙（即主間隙和輔助間隙）組成，常用的角型間隙與被保護設備并聯(lián)的接線圖如下。1圓鋼；2主間隙；3輔助間隙；4被保護物；5保護間隙排氣式避雷器排氣式避雷器 也稱管型避雷器，實質(zhì)上是一種具有較高

4、熄弧能力的保護間隙。閥式避雷器閥式避雷器 閥式避雷器的基本元件為間隙和非線性電阻（又稱閥片)串聯(lián)。閥片電阻閥片電阻主火花間隙主火花間隙輔助間隙輔助間隙均壓電阻均壓電阻磁吹線圈磁吹線圈u保護間隙和排氣式避雷器的缺點保護間隙和排氣式避雷器的缺點u伏秒特性較陡且放電分散性大，而一般變壓器伏秒特性較陡且放電分散性大，而一般變壓器和其他設備絕緣的沖擊放電特性較平，二者不和其他設備絕緣的沖擊放電特性較平，二者不能很好配合。能很好配合。u動作后工作母線直接接地形成幅值很高的截波動作后工作母線直接接地形成幅值很高的截波，危及變壓器縱絕緣。，危及變壓器縱絕緣。u閥式避雷器的缺點閥式避雷器的缺點u普通型沒有強迫熄

5、弧的措施，其閥片的熱容量普通型沒有強迫熄弧的措施，其閥片的熱容量有限，不能承受較長時間的內(nèi)過電壓沖擊電流有限，不能承受較長時間的內(nèi)過電壓沖擊電流的作用。的作用。u磁吹型通流容量大，但是閥片電阻的非線性系磁吹型通流容量大，但是閥片電阻的非線性系數(shù)較高數(shù)較高三、各類避雷器的缺點三、各類避雷器的缺點四、金屬氧化物避雷器（四、金屬氧化物避雷器（MOA） 瓷套型復合型GIS型 其核心元件是ZnO閥片，氧化鋅閥片具有很理想的非線性伏安特性。氧化鋅避雷器的結構目前國內(nèi)輸變電設備保護主要采用金屬氧化物避雷器(MOA)。氧化鋅避雷器由一個或并聯(lián)的兩個非線性電阻片疊合圓柱構成。它根據(jù)電壓等級由多節(jié)組成，35110

6、kV氧化鋅是單節(jié)的，220kV氧化鋅是兩節(jié)的，500kV氧化鋅是三節(jié)的，而750kV氧化鋅則是四節(jié)的。安裝在輸電線路上的帶有間隙的復合外套ZnO避雷器1-復合外套氧化鋅避雷器本體 2-串聯(lián)間隙環(huán)狀電極3-固定間隙距離用的合成絕緣子4-線路絕緣子串氧化鋅避雷器結構簡圖氧化鋅（壓敏）電阻片工作母線工作母線微觀結構示意圖等效電路圖氧化鋅避雷器閥片的伏安特性曲線氧化鋅避雷器閥片的伏安特性曲線氧化鋅避雷器的優(yōu)點氧化鋅避雷器的優(yōu)點u保護性能優(yōu)越殘壓保護性能優(yōu)越殘壓低、相應時間快、陡低、相應時間快、陡波特性平坦波特性平坦u無續(xù)流，動作負載輕無續(xù)流，動作負載輕，耐重復動作能力強，耐重復動作能力強u通流容量大通

7、流容量大u性能穩(wěn)定，抗老化能性能穩(wěn)定，抗老化能力強力強u結構簡單，尺寸小，結構簡單，尺寸小，易于批量生產(chǎn)，造價易于批量生產(chǎn)，造價低低ZnOZnO、SiCSiC和理想避雷器和理想避雷器伏安特性曲線的比較伏安特性曲線的比較五、氧化鋅避雷器的主要電氣參數(shù)五、氧化鋅避雷器的主要電氣參數(shù)額定電壓額定電壓（Ur） 施加到避雷器端子間的最大工頻電壓施加到避雷器端子間的最大工頻電壓有效值，按照此電壓所設計的避雷器，能有效值，按照此電壓所設計的避雷器，能在規(guī)定的動作負載試驗中確定的暫時過電在規(guī)定的動作負載試驗中確定的暫時過電壓下正確地動作。壓下正確地動作。持續(xù)運行電壓持續(xù)運行電壓（Uc）允許持久的施加在避雷器端

8、子間的工頻允許持久的施加在避雷器端子間的工頻電壓有效值。該電壓決定了避雷器長期工作電壓有效值。該電壓決定了避雷器長期工作的老化性能，即避雷器吸收過電壓能量后溫的老化性能，即避雷器吸收過電壓能量后溫度升高，在此電壓下應能正常冷卻，不發(fā)生度升高，在此電壓下應能正常冷卻，不發(fā)生熱崩潰。熱崩潰。持續(xù)運行電流持續(xù)運行電流（Ic） 指在持續(xù)運行電壓下，流過避雷器的指在持續(xù)運行電壓下，流過避雷器的電流，包含阻性電流分量和容性電流分量電流，包含阻性電流分量和容性電流分量，持續(xù)電流隨溫度的變化而變化，并受對，持續(xù)電流隨溫度的變化而變化，并受對地雜散電容的影響。地雜散電容的影響。起始動作電壓（參考電壓）起始動作電

9、壓（參考電壓）（Uref ） n 直流參考電壓（直流參考電壓（Uref.dc） ：避雷器直流參考電流是避雷器直流參考電流是其伏安特性曲線拐點附近的某一電流值，其值大約為其伏安特性曲線拐點附近的某一電流值，其值大約為1mA。在直流參考電流下測出的避雷器的直流電壓平均。在直流參考電流下測出的避雷器的直流電壓平均值。直流值。直流1mA參考電壓（參考電壓（U1mA）值一般等于或大于避）值一般等于或大于避雷器的額定電壓的峰值。雷器的額定電壓的峰值。n 工頻參考電壓（工頻參考電壓（Uref.ac） ：在避雷器通過工頻參考在避雷器通過工頻參考電流時測出的避雷器的工頻電壓最大值除以電流時測出的避雷器的工頻電壓

10、最大值除以 2。通常。通常Uref低于或接近于低于或接近于“拐點拐點”，高于，高于Ur。通流容量通流容量 它表示閥片耐受通過電流的能力，通它表示閥片耐受通過電流的能力，通常用短持續(xù)時間（常用短持續(xù)時間（4/10 s ）大沖擊電流（）大沖擊電流（10-65kA）作用）作用2次和長持續(xù)時間（次和長持續(xù)時間（0.5-3.2ms）近似方波電流（）近似方波電流（150-1500A）多次）多次作用表征。我國目前大多用通過作用表征。我國目前大多用通過2ms方波電方波電流值作為避雷器的通流容量。流值作為避雷器的通流容量。標稱放電電流標稱放電電流（In） 用來劃分避雷器等級的、具有用來劃分避雷器等級的、具有8/

11、20 s波形的波形的雷電沖擊電流峰值。有雷電沖擊電流峰值。有1.5、2.5、5、10、20kA五個等級，前三級分別與中性點、電機型避雷器五個等級，前三級分別與中性點、電機型避雷器、電容型避雷器等相對應，電站用避雷器一般用、電容型避雷器等相對應，電站用避雷器一般用后三個等級。后三個等級。殘壓（峰值）殘壓（峰值） 放電電流流過避雷器時其端子間出現(xiàn)放電電流流過避雷器時其端子間出現(xiàn)的電壓峰值。的電壓峰值。放電電流峰值（kA）波前時間/半峰時間（s）陡波沖擊陡波沖擊電流殘壓電流殘壓5，10，201/5雷電沖擊雷電沖擊電流殘壓電流殘壓5，10，208/20操作沖擊操作沖擊電流殘壓電流殘壓0.5，1，230

12、/80六、評價氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的指標保護水平保護水平雷電沖擊保護水平雷電沖擊保護水平 陡波電流沖擊下最大殘壓除以陡波電流沖擊下最大殘壓除以1.151.15和雷電和雷電沖擊最大殘壓兩值中較大者為避雷器的雷電沖沖擊最大殘壓兩值中較大者為避雷器的雷電沖擊保護水平擊保護水平操作沖擊保護水平操作沖擊保護水平 避雷器的操作沖擊保護水平是規(guī)定的操作避雷器的操作沖擊保護水平是規(guī)定的操作電流沖擊下最大殘壓電流沖擊下最大殘壓壓比壓比 避雷器的保護性能一般以壓比（避雷器的保護性能一般以壓比（=避雷避雷器通過波形為器通過波形為8/20 s的標稱沖擊放電電流的標稱沖擊放電電流時的殘壓時的殘壓/起始動作電壓起始動作電

13、壓）來說明，壓比越）來說明，壓比越小，表示非線性越好，流過大電流時的殘小，表示非線性越好，流過大電流時的殘壓越低，避雷器的保護性能越好。例如壓越低，避雷器的保護性能越好。例如10kA下的下的壓比為壓比為U10kA/U1mA。目前產(chǎn)品的保。目前產(chǎn)品的保護比約為護比約為1.62.0。荷電率荷電率 它是氧化鋅避雷器的最大持續(xù)運行電壓峰它是氧化鋅避雷器的最大持續(xù)運行電壓峰值與起始動作電壓的比值。荷電率越高說明避值與起始動作電壓的比值。荷電率越高說明避雷器的穩(wěn)定性越好，耐老化，能在靠近雷器的穩(wěn)定性越好，耐老化，能在靠近“轉折轉折點點”長期工作。長期工作。)1 (.2mAdcUrefUc保護比保護比荷電率

14、壓比值）最大持續(xù)運行電壓（峰標稱放電電流下的殘壓保護比七、產(chǎn)品型號說明 實例Y10W-420/958瓷套、標稱放電電流瓷套、標稱放電電流10kA、無間隙、（電站型、無間隙、（電站型）額定電壓額定電壓420kV、標稱放電電流下殘壓、標稱放電電流下殘壓958kVY5WZ-17/45瓷套、標稱放電電流瓷套、標稱放電電流5kA、無間隙、電站型、無間隙、電站型額定電壓額定電壓17kV、標稱放電電流下殘壓、標稱放電電流下殘壓45kVHY5WS2-17/50復合外套、標稱放電電流復合外套、標稱放電電流5kA、無間隙、配電、無間隙、配電型、產(chǎn)品設計序號型、產(chǎn)品設計序號2、額定電壓、額定電壓17kV、標稱放電、

15、標稱放電電流下殘壓電流下殘壓50kV八、氧化鋅避雷器試驗n紅外熱像檢測n測量絕緣電阻n直流1mA參考電壓及0.75 倍U1mA下泄漏電流n工頻參考電流下的工頻參考電壓n底座絕緣電阻n放電計數(shù)器動作檢查紅外熱像檢測n測試儀器：紅外熱像儀n測試周期：1）新投運第1周 2）6個月n測試要求：用紅外熱像儀檢測避雷器本體及電氣連接部位，紅外熱像圖顯示應無異常溫升、溫差/或相對溫差測量絕緣電阻判斷標準：35kV以上電壓：用5000V兆歐表，絕緣電阻不小于2500M；35kV及以下電壓：用2500V兆歐表，絕緣電阻不小于1000M；低壓（1kV以下）：用500V兆歐表，絕緣電阻不小于2M。試驗周期：1）交接

16、時2）36年3）必要時注意事項：試驗后對被試品和鄰近試品放電。直流1mA參考電壓及0.75 倍U1mA下泄漏電流試驗目的：檢查是否受潮或者是否劣化，確定其動作性能是否符合產(chǎn)品性能要求試驗設備：高壓直流發(fā)生器判斷標準：U1mA實測值與出廠或初始值變化不大于5 0.75倍 U1mA下泄漏電流初值差30%或不大于50A試驗周期：1）交接時2）36年3）必要時高壓直流發(fā)生器設備圖高壓直流發(fā)生器設備圖高壓直流發(fā)生器接線示意圖高壓直流發(fā)生器接線示意圖工頻參考電流下的工頻參考電壓工頻參考電流下的工頻參考電壓l試驗目的：判斷MOA閥片的老化、劣化程度l試驗設備：阻性電流測試儀、試驗變壓器、分壓器l判斷標準：應

17、符合制造廠規(guī)定l注意事項：測量時的環(huán)境溫度宜為2015 測量應每節(jié)單獨進行，應盡量縮短工頻參考電壓的加壓時間，應控制在10s以內(nèi) 整相避雷器有一節(jié)不合格，應更換該節(jié)避雷器（或整相更換）底座絕緣電阻底座絕緣電阻判斷標準：不低于5M試驗周期：1）交接時 2）必要時說明：用2500V及以上兆歐表放電計數(shù)器動作檢查放電計數(shù)器動作檢查判斷標準：測試3-5次，均應正常動作試驗周期：1）交接時 2）必要時說明：帶全電流在線測量的計數(shù)器交接時應進行精度檢查，全電流測量的精度不低于1.0級。九、氧化鋅避雷器帶電測試九、氧化鋅避雷器帶電測試避雷器在線監(jiān)測器、計數(shù)器避雷器在線監(jiān)測器、計數(shù)器運行電壓下的交流泄漏電流l

18、試驗目的：全電流的變化可反映試驗目的：全電流的變化可反映MOA的嚴重受潮、的嚴重受潮、 內(nèi)部內(nèi)部 元件接觸不良、閥片嚴重老化，而阻性電流的變化對閥片元件接觸不良、閥片嚴重老化，而阻性電流的變化對閥片的初期老化的反應更為靈敏。的初期老化的反應更為靈敏。l試驗設備：試驗設備：阻性電流測試儀（試驗變壓器、分壓器）阻性電流測試儀（試驗變壓器、分壓器）l判斷標準：全電流、判斷標準：全電流、阻性電流和初始值相比應無明顯阻性電流和初始值相比應無明顯 變化。當阻性電流增加變化。當阻性電流增加50%（與初始值比較（與初始值比較）時，應適當縮短監(jiān)測周期，當）時，應適當縮短監(jiān)測周期，當阻性電流增加阻性電流增加100

19、%時，時，必須停電檢查，進行直流試驗。必須停電檢查，進行直流試驗。l試驗周期：試驗周期：35kV及以上投運及以上投運3個月，以后個月，以后1年兩次，在每年兩次，在每個雷雨季節(jié)前后進行本項目個雷雨季節(jié)前后進行本項目l注意事項：記錄環(huán)境溫度、相對濕度和運行電壓，注注意事項：記錄環(huán)境溫度、相對濕度和運行電壓，注 意瓷套表面影響及相間干擾的影響。意瓷套表面影響及相間干擾的影響。AI-6103 ，主要目的是測量MOA 的全電流和阻性電流，由此判斷MOA 受潮和老化程度。測試注意事項測試注意事項1.1.記錄運行電壓。記錄運行電壓。 2.2.測量前先連接地線，測量測量前先連接地線，測量完最后拆接地線！如果接地完最后拆接地線！如果接地點有油漆或銹蝕必須清除干點有油漆或銹蝕必須清除干凈。凈。3.3.先將全電流信號線插頭插先將全電流信號線插頭插入儀器，后將另一端夾子夾入儀器，后將另一端夾子夾到（或通過絕緣竿搭到）被到（或通過絕緣竿搭到）被測相測相MOA MOA 放電計數(shù)器上端。放電計數(shù)器上端。 記錄顯示屏上的記錄顯示屏上的Ix和和Irp，以及，以及放電計數(shù)器示數(shù)放電計