35KV線路避雷器性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、35kv 線路避雷器性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘要摘要：35kv 線路是我國配電網(wǎng)的重要組成部分，而雷擊 事故是造成電力系統(tǒng)故障的主要原因。對 35kv 線路避雷器的 應(yīng)用研究和設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 本文介紹了輸電線路防雷保護(hù)的發(fā)展過程及當(dāng)前主要的防 雷措施，避雷器的發(fā)展過程、工作原理、主要參數(shù)、線路避雷 器種類等。說明了現(xiàn)有三種避雷器的型式及其工作原理，并介 紹當(dāng)前主要的三種絕緣子類型。對現(xiàn)有避雷器的工作環(huán)境及性 能進(jìn)行分析，探討串聯(lián)間隙的主要缺陷，深入分析 35kv 避雷 器的電氣特性，對避雷器型式和材料的選擇及主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu) 化。根據(jù)最新相關(guān)參數(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)，通過對各種材料及避雷器 選型的篩選比較

2、，設(shè)計(jì)出 35kv 復(fù)合外套無間隙金屬氧化物避 雷器的參數(shù)，并用 cad 作出其基本結(jié)構(gòu)圖。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：線路避雷器參數(shù) 絕緣子 無間隙 金屬氧化物避 雷器 performance analysis and optimization design of 35kv line arrester abstractabstract：35kv lines are an important part of the distribution network in china, and lightning accidents is the main reason of power system fault.

3、 therefore, there are far-reaching implications on the research and design of the 35kv line surge arrester. this article describes the development process of the transmission line lighting protection and lightning protection measures, the development process, working principle, the main parameters,

4、types of the line arrester and so on. also describes the existing three types of arrester and the working principle, and describes the three types of the insulator. to analyze the working environment and performance of existing arrester , explore the major drawback of the series gap , depth analysis

5、 the electrical characteristics of the 35kv arrester , optimize the type , materials and the main parameters of the arrester .according to the latest national standards relevant parameters ,through screening of various materials and lightning arrester selection, designed the parameter of 35 kv polym

6、eric non-gap metal oxide surge arrester and draw the chart with cad. k keywords:eywords: line arrester parameters insulator non- gap metal oxide surge arresters 目 錄 摘 要 .iii abstract .iv 第 1 章緒論 .1 1.1 .輸電線路防雷保護(hù) 1 1.1.1 輸電線路防雷保護(hù)的目的及意義 .1 1.1.2 輸電線路防雷保護(hù)的發(fā)展過程 .1 1.1.3 輸電線路防雷保護(hù)的主要措施 .2 1.2 .避雷器的分類 3 第

7、2 章避雷器的工作環(huán)境 .4 2.1 .雷電的形成及電氣參數(shù) 4 2.2 .避雷器的正常使用條件 5 2.3 .承受的長期機(jī)械力 5 第 3 章避雷器的參數(shù) .7 3.1 .輸電線路的雷擊跳閘率 7 3.2 .雷閃過電壓 8 3.2.1.直擊雷過電壓 8 3.2.2.感應(yīng)雷過電壓 9 3.2.3.雷閃過電壓的危害 10 3.3 .絕緣配合 11 3.4 .避雷器的電氣特性 12 3.5 .避雷器的選型 13 3.6 .絕緣子的類型及其特性 16 第 4 章避雷器的設(shè)計(jì) .19 4.1 .避雷器的命名 19 4.2 .氧化鋅避雷器特性分析 21 4.2.1zno 材料特性 .21 4.2.2 氧

8、化鋅避雷器的優(yōu)點(diǎn).22 4.2.3 氧化鋅避雷器局部放電原因的結(jié)構(gòu)分析 .22 4.3 .避雷器工作原理 23 第 5 章避雷器設(shè)計(jì)計(jì)劃書及設(shè)計(jì)圖紙 .24 5.1 .設(shè)計(jì)計(jì)劃書 24 5.2 .避雷器設(shè)計(jì)說明 26 5.3 .設(shè)計(jì)總結(jié) 29 參考文獻(xiàn) .31 致謝 .33 附錄 .34 第 1 章緒論 1.1 輸電線路防雷保護(hù) 1.1.1輸電線路防雷保護(hù)的目的及意義 輸電線路是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，輸送電力的同時(shí)，與發(fā)電 機(jī)、變壓器以及用電設(shè)備組成電力系統(tǒng)。電力工業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)、 人民生活的關(guān)系及其密切。電能供應(yīng)不足或中斷，將直接影響 國民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的完成和人民的正常生活。對某些用戶甚至引起 產(chǎn)品報(bào)

9、廢、設(shè)備損壞以及危機(jī)人身安全等嚴(yán)重后果。 由于輸電線路長度大，分布面廣，地處狂野，易受雷擊。 配電線路耐雷水平普遍較弱，再加上網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、構(gòu)架結(jié)構(gòu)多樣 等自身特點(diǎn)，一旦遭遇雷擊，極易導(dǎo)致線路原件的損壞，甚至 會(huì)造成整條線路跳閘的惡性事故1。同時(shí)，雷擊線路時(shí)自線路 入侵變電所的雷電波也是威脅變電所的主要因素。 1.1.2輸電線路防雷保護(hù)的發(fā)展過程 1930 年以前，由于輸電線路電壓等級較低，所以主要目 的為防止感應(yīng)雷，因此主要采取裝設(shè)地線，減小線路上的感應(yīng) 過電等防雷手段。至 20 世紀(jì)中期，學(xué)者對雷電有了進(jìn)一步的 認(rèn)識(shí)，已經(jīng)系統(tǒng)歸納了表征雷電的參數(shù)，并開始意識(shí)到高等級 電壓輸電線路，如 110k

10、v、220kv、特高壓輸電線路發(fā)生跳閘 的主要原因是直擊雷，由此，研究方向的轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾斡行Х乐?雷電直擊輸電線路，使導(dǎo)線得到更好保護(hù)。多年的實(shí)踐證明， 直擊雷過電壓是線路發(fā)生跳閘，引發(fā)事故的主要原因，感應(yīng)過 電壓一般不會(huì)造成絕緣子串的閃絡(luò)。因此，大多數(shù)國家都對雷 電進(jìn)行了大量的觀察研究，并由此基礎(chǔ)提出了用行波理論來計(jì) 算絕緣子串兩端電壓的方法。 最早的避雷器出現(xiàn)于 19 世紀(jì)，為羊角形間隙，用于架空 線路。20 世紀(jì)初期，出現(xiàn)了鋁避雷器，以及隨后出現(xiàn)的管式 避雷器。到 50 年代，隨著防雷保護(hù)認(rèn)識(shí)的深入，碳化硅避雷 器問世了。同時(shí)，由于美國輸電線路發(fā)生了很多的絕緣閃絡(luò)事 故，引發(fā)了極大的爭論，

11、因此研究人員對之前得到的研究數(shù)據(jù) 和防雷計(jì)算方法重新進(jìn)行了評估，促進(jìn)了輸電線路的防雷研究 發(fā)展。 至 70 年代，金屬氧化物避雷器問世，而至今使用最多的 是氧化鋅避雷器，這種避雷器具有無續(xù)流殘壓、高效等優(yōu)點(diǎn)， 它沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的 作用，被公認(rèn)為是理想的避雷器。 火 花 間 隙 火 花 間 隙 閥 片 磁 吹 間 隙 閥 片 閥 片 sic zno sic 圖 1-1 避雷器的發(fā)展過程 1.1.3輸電線路防雷保護(hù)的主要措施 為了減少雷擊事故的發(fā)生，在地方上都已采取相應(yīng)的避雷 措施，主要的防雷措施主要有： (1) 架設(shè)避雷線，降低雷擊線路的幾率和雷擊桿塔以及避

12、雷線在遭受雷擊后反擊導(dǎo)線的概率，以及降低雷擊塔頂時(shí)的電 位。 (2) 安裝耦合地線，利用地線與導(dǎo)線之間的耦合作用以提 高耦合系數(shù)，以達(dá)到更高的耐雷水平。 (3) 優(yōu)化避雷線的保護(hù)角，降低繞擊導(dǎo)線的概率。 (4) 減小桿塔的接地電阻，從而提高線路耐雷水平。 (5) 加強(qiáng)線路調(diào)爬、低零值絕緣子檢測、清抹和增加絕緣 子數(shù)量等辦法。 雷電放電 避雷線 雷 電 過電壓 線路絕緣 沖擊電路 工頻電弧 提高耐雷 水平措施 降低建弧率 的措施 短 電 路 跳 閘 自動(dòng)重合閘 供電中斷 圖 1-2 常用的線路防雷措施 1.2 避雷器的分類 線路避雷器是一種以降低瞬態(tài)雷電沖擊時(shí)絕緣子雷電閃絡(luò) 危險(xiǎn)從而保護(hù)電力線路

13、的避雷器2。線路避雷器運(yùn)行時(shí)，與絕 緣子并聯(lián)，當(dāng)發(fā)生雷擊事故時(shí)，能有效地防止雷電直擊線路和 繞擊輸電線路而引起的故障3。經(jīng)過多年的研究創(chuàng)新，避雷器 在結(jié)構(gòu)、功能、使用范圍等方面呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢。在 結(jié)構(gòu)上，主要可分為無間隙和帶串聯(lián)間隙避雷器4。如圖 1-2 所示： 線 路 避 雷 器 外 串 間 隙 無 間 隙 絕 緣 支 撐 件 間 隙 純 空 氣 間 隙 線 路 避 雷 器 瓷外套線路避雷 器 按功能 按電壓等級 按外套材料 限制操作過電壓 限制雷電過電壓 輸電線路避雷器 配電線路避雷器 合成外套線路避 雷器 限制雷電及操作 過電壓 圖 1-3 線路避雷器分類 圖 1-4 線 路避雷

14、器的種類 一般情況下，線路避雷器是復(fù)合外套避雷器。此外線路避 雷器還可以根據(jù)保護(hù)電流、標(biāo)稱電流等進(jìn)行分類。 第第 2 2 章章避雷器的工作環(huán)境避雷器的工作環(huán)境 2.1 雷電的形成及電氣參數(shù) 電力系統(tǒng)中的大氣過電壓主要是由雷電放電所造成的。雷 電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，地面上水蒸氣上升至 半空遇冷凝結(jié)成冰晶，在特定的條件下形成雷云（挾帶正電的 小冰晶形成“正雷云”，反之形成“負(fù)雷云”），帶有電荷的 雷云之間或雷云和地之間產(chǎn)生急劇放電的一種自然現(xiàn)象。 雷電流 是一非周期沖擊波，其幅值與氣象、自然條件等有i 關(guān)，是個(gè)隨機(jī)變量，只有通過大量實(shí)測才能正確估計(jì)其概率分 布規(guī)律，一般用下式表示。

15、(2-1)lg 88 l i p 上式中為雷電流幅值（ka），p 為雷電流超過的概率。 l i l i 在幅值以前的一段雷電流波形稱為波頭，幅值后至波形衰 減到原先波形的一段稱為波尾。雷電流的波頭和波尾皆為隨機(jī) 變量，對于中等強(qiáng)度以上的雷電流，波頭一般在范圍內(nèi)，1 4 s 其平均波尾約。雷電流陡度隨著雷電流幅值的增加而40 s/ t didt 增加，因此波頭變化不大，一般取波頭為。可得雷電流的2.6 s 平均上升陡度為/ t didt (2-2)/ 2.6 tl dii kas dt 雷電日是指一年中有雷電的日數(shù)，在一天或一小時(shí)內(nèi)只要 聽到雷聲就作為一個(gè)雷電日或一個(gè)雷電小時(shí)。一般采用多年平 均

16、值年平均雷電日來表示一個(gè)地區(qū)的雷電日數(shù)，以減少年 份雷電日的變化所帶來的影響。在我國，少雷區(qū)是指年平均雷 電日不超過 15 日的地區(qū)，多雷區(qū)為年平均雷電日超過四十日 的地區(qū)，超過九十日的地區(qū)叫強(qiáng)雷區(qū)。雷云對地放電的頻率可 用地面落雷密度 來表示。 是指每個(gè)雷電日每平方公里的地 面上的平均落雷次數(shù)5。一般取 為 0.07 次、平方公里雷 電日。 輸電線路高出地面有陰雷作用，會(huì)將線路兩側(cè)一定寬度內(nèi) 的地面落雷吸引到線路上來。線路年平均遭受雷擊的次數(shù)可按 下式計(jì)算： (2-3) 4 100/100 1000 b bh nt 次公里年 式中 線路受雷擊次數(shù)；n 兩避雷線間距離，m；b 避雷線平均高度，

17、m，無避雷線時(shí)取為最上層導(dǎo)線 b h 高度； 線路經(jīng)過地區(qū)年平均雷電日數(shù)，對不同雷電日地t 區(qū)均應(yīng)換算到 40 雷電日，即 t=40。 2.2 避雷器的正常使用條件 標(biāo)準(zhǔn)避雷器在戶外正常使用，需要滿足下列條件： (1) 環(huán)境溫度不高于+40，不低于-40； (2) 太陽光的輻射； (3) 海拔不超過 1000 m； (4) 電源的頻率不小于 48 hz，不超過 62 hz； (5) 長期施加在避雷器上的工頻電壓應(yīng)不超過避雷器的持 續(xù)運(yùn)行電壓； (6) 地震烈度 7 度及以下地區(qū)； (7) 最大風(fēng)速不超過 35 m/s。 2.3 承受的長期機(jī)械力 避雷器在下述機(jī)械負(fù)荷共同作用下，應(yīng)能保證可靠運(yùn)行

18、。 (1) 避雷器頂端承受導(dǎo)線的最大允許水平拉力f1，其值按表 2-1規(guī)定。 避雷器額定電壓 有效值 kv 3.8 1.9 4284100210 28846 8 最大允許水平拉力 n 147294490,980 9,801, 470 表2-1 最大允許水平拉力f1 (2) 作用于避雷器上的風(fēng)壓力f2應(yīng)按式2-4計(jì)算： (n) 2 0 2 9.8 16 v fas (2-4) 式中：v0最大風(fēng)速，m/s； s避雷器的迎風(fēng)面積 (應(yīng)考慮表面覆冰厚度2 cm), m2； a空氣動(dòng)力系數(shù)，它依風(fēng)速大小而定。當(dāng)v035 m/s時(shí)，a=0.8。 第第 3 3 章章避雷器的參數(shù)避雷器的參數(shù) 3.1 輸電線路

19、的雷擊跳閘率 由于沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為工頻電弧的概率與弧道中的平均電場強(qiáng) 度以及閃絡(luò)瞬間工頻電壓的瞬時(shí)值和去游離條件有關(guān)，因此將 此概率定義稱為建弧率，以 表示： (3-1) 0.75 4.514 %e 其中e為絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度，kv（有效值）/m。 (1) 雷擊桿塔時(shí)的跳閘率 假定每年有40個(gè)雷電日，每100km有避雷線的線路落雷次數(shù) 為。如果雷電擊桿率為g，那么一年內(nèi)每100km裝有避0.6 b nh 雷線線路雷擊桿塔的次數(shù)為次，若雷擊桿塔時(shí)的耐0.6ngh g b 雷水平為 ，雷電流幅值超過 的概率為 ，建弧率為 ，則 1 i 1 i 1 p 100km線路每年雷擊桿塔的跳閘次數(shù) 為：

20、 1 n (3-2) 11 0.6 b nh g p (2) 繞擊跳閘率 設(shè)繞擊率為，100km線路每年繞擊次數(shù)為，繞p 0.6 b nph p 擊時(shí)的耐雷水平為 ，雷電流幅值超過 的概率，建弧率為 ， 2 i 2 i 2 p 則每100km線路每年的繞擊跳閘次數(shù) 2 n (3-3) 22 0.6 b nhp p (3) 線路雷擊跳閘率 若避雷線與導(dǎo)線在檔距中央處的空氣間隙距離，0.0121slm 則雷擊避雷線檔距中央時(shí)擊穿事故通常不會(huì)發(fā)生，則其跳閘率 基本為零。 因此，線路雷擊跳閘率n 為： (3-4) 1212 0.6/100 b nnnhgpp p a次公里年 3.2 雷閃過電壓 電力系

21、統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備由于遭受雷電擊直擊或者由雷電感應(yīng) 所引起的過電壓，稱為雷閃過電壓或大氣過電壓，又稱為外部 過電壓，也就是大氣過電壓由直擊雷和感應(yīng)雷過電壓引起的。 大氣過電壓的幅值，取決于雷電流的大小、雷擊點(diǎn)的距離、電 氣設(shè)備的高度、有無屏蔽等因素。 3.2.1直擊雷過電壓 雷直擊于線路引起的，稱為直擊雷過電壓。其極性與雷電 流的極性相同為負(fù)。 (1) 雷擊桿塔塔頂時(shí)的過電壓 當(dāng)雷擊桿塔塔頂時(shí)，雷電通道中的負(fù)電荷與桿塔及避雷線 上的正感應(yīng)電荷迅速中和形成雷電流，雷電流一部分沿塔桿向 下運(yùn)動(dòng)，另一部分沿輸電線路沿兩側(cè)避雷線向相鄰塔桿運(yùn)動(dòng)。 工程近似計(jì)算中，將桿塔和避雷線以集中參數(shù)電感和來代 gt l

22、b l 替。 考慮到雷擊點(diǎn)的阻抗較低，故在計(jì)算中可略去雷電通道波 阻的影響。由于避雷線的分流作用，流經(jīng)桿塔的電流 將小于 gt i 雷電流 。 l i (3-5) gtl ii 其中 稱為分流系數(shù)。塔頂點(diǎn)位可由下式計(jì)算 td u (3-6) gt l tdchgtgtch lgt di di urilr il dtdt a 以代入，則塔頂電位的幅值為 2.6 ll dii dt td u (3-7) 2.6 gt tdlch l uir 其中為雷電流幅值。 l i (2) 繞擊時(shí)的過電壓 圖 3-1 保護(hù)角 即使裝設(shè)避雷線路等防雷措施，雷電仍可能繞過避雷線而 直擊線路，稱為繞擊率，一旦出現(xiàn)這種

23、情況，則往往會(huì)引起p 線路絕緣子串的閃絡(luò)。通過資料的查驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)，與避雷線路p 對邊相導(dǎo)線的保護(hù)腳 （如圖 2.1），桿塔高度 h 及線路通過 地區(qū)的地形地貌等因素有關(guān)，且山區(qū)的繞擊率是平原地區(qū)的 3 倍，相當(dāng)于保護(hù)角增大 8 度。 繞擊時(shí)雷擊點(diǎn)阻抗為（為導(dǎo)線波阻抗），根據(jù)雷電/ 2 d z d z 流，流經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波 為 0 0 zl j z ii zz z i (3-8) 0 / 2 1 l z d i i z z 導(dǎo)線上電壓為，則 d u (3-9) 0 0 22 dd dzl d zz z uii zz 3.2.2感應(yīng)雷過電壓 感應(yīng)雷過電壓是指雷電擊中線路、設(shè)備的附近地面，在放 電

24、過程中由于空間磁場劇烈變化使電氣設(shè)備或線路因電磁感應(yīng) 引起的過電壓。35kv 線路一般都都不裝設(shè)避雷線，且絕緣子 耐受水平普遍較低（一般不高于 200kv），當(dāng)導(dǎo)線附近遭到雷 擊，產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，在感應(yīng)過電壓的作用下，產(chǎn)生絕緣子閃 絡(luò)。嚴(yán)重時(shí)，兩相絕緣子同時(shí)閃絡(luò)，造成相間短路，引起系統(tǒng) 跳閘。 感應(yīng)過電壓遵循 65m 原則，即雷擊點(diǎn)距輸電線路的距離大 于 65m 時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓為6： (3-10)25/ d uihs 式中 -雷電流幅值，ka；i -導(dǎo)線平均懸掛高度，m； d h -雷擊點(diǎn)至線路的距離，m。s 從上式可以看出感應(yīng)過電壓的幅值與雷電流的幅值 i 和導(dǎo) 線平均高度成正比，與雷

25、擊點(diǎn)距離成反比，雷擊點(diǎn)距離越近， d h 感應(yīng)過電壓越高，導(dǎo)線平均高度越高，對地電容越小，感應(yīng)過 電壓就越高。 當(dāng)雷擊距離 s65m 時(shí)，由于線路吸引，多數(shù)雷擊于線路本 身，對于一般無避雷線的輸電線路，大多存在近距離落雷，此 時(shí)的感應(yīng)過電壓為7： (3-11) d uahkv 3.2.3雷閃過電壓的危害 雷閃過電壓主要有以下兩點(diǎn)危害8： (1) 直接雷過電壓的幅值可達(dá)上千千伏以上，很顯然，大 多數(shù)擊于輸電線或電器設(shè)備上的雷都會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)，可能導(dǎo)致火 災(zāi)或者爆炸。但對于高壓配電線路，一般都有廠房或者高建筑 物的屏蔽，所以遭受直接雷的幾率較小。 (2) 感應(yīng)雷過電壓的幅值一般都不超過 500kv，因

26、而在 35kv 及以上電壓的輸電線上，靜電感應(yīng)不易導(dǎo)致閃絡(luò)。但是 當(dāng)此感應(yīng)電壓在線路上流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，熔化導(dǎo)體， 同時(shí)會(huì)有強(qiáng)大的機(jī)械效應(yīng)產(chǎn)生，造成線路橫擔(dān)或桿塔的損壞， 極大的破壞了送點(diǎn)線路。如果過電壓沖擊波沿導(dǎo)線侵入變電所 的變壓器繞組或廠房內(nèi)的高壓電動(dòng)機(jī)定子繞組，則會(huì)造成嚴(yán)重 的絕緣性破壞。 3.3 絕緣配合 絕緣配合的原則按系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電壓和保護(hù)裝置的特 性雷確定設(shè)備絕緣水平，即進(jìn)行絕緣配合時(shí)，應(yīng)全面考慮設(shè)備 造價(jià)、維修費(fèi)用以及故障損失三個(gè)方面，力求取得較高的經(jīng)濟(jì) 效益。 變電所中電氣設(shè)備、絕緣子串和空氣間隙的雷電沖擊強(qiáng)度、 雷電過電壓下的絕緣配合，以避雷器雷電保護(hù)水平為基礎(chǔ)

27、進(jìn)行 配合。配合時(shí)，對非自恢復(fù)絕緣采用慣用法，對自恢復(fù)系統(tǒng)僅 將絕緣強(qiáng)度作為隨機(jī)變量。 (1) 無間隙氧化鋅避雷器 根據(jù)線路能量和出現(xiàn)的過電壓的大小以及系統(tǒng)可能出現(xiàn)的 內(nèi)過電壓的幅值，進(jìn)行絕緣參數(shù)配合計(jì)算，再根據(jù)gb11032- 2000交流系統(tǒng)用無間隙金屬氧化物避雷器、gb311.1- 1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合和dl/t620-1997交流電 氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合確定所要設(shè)計(jì)的避雷器的基 本電氣參數(shù)，再確定產(chǎn)品的外形尺寸和結(jié)構(gòu)。 (2) 串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器 通過對pq3-20絕緣子值的試驗(yàn)和計(jì)算，根據(jù)確定避雷 50 u 50 u 器的1.2/5沖擊放電電壓及其他配合參數(shù)

28、，再依據(jù)gb311.1- 1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合和dl/t620-1997交流電 氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合然后再確定產(chǎn)品的外形尺寸 和間隙結(jié)構(gòu)。 (3) 線路防雷型避雷器比較 無間隙氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、保護(hù)距離大、 保護(hù)范圍廣，但是避雷器出現(xiàn)故障時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停電事故 的發(fā)生，可靠性不高。 帶間隙氧化鋅避雷器平時(shí)不帶電，與無間隙避雷器相比具 有更好的抗化性能，使用壽命更長，即使避雷器本體發(fā)生損壞， 由于空氣間隙的隔離作用，同時(shí)避雷器本體可以帶電更換，不 會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，與無間隙避雷器相比具有更好的可靠 性。 3.4 避雷器的電氣特性 (1) 額定電壓 指短時(shí)間

29、內(nèi)允許加載在避雷器上最大工頻電壓的有效值。 在系統(tǒng)中出現(xiàn)短時(shí)工頻電壓升高時(shí)，此電壓直接作用在氧化鋅 閥片上，只要其值不超過額定電壓，避雷器就能可靠地限制雷 電過電壓或操作過電壓。它相當(dāng)于閥型避雷器各種特性的基準(zhǔn) 參數(shù)。 (2) 最大長期工作電壓 指允許長期加載避雷器上的系統(tǒng)最大工作相電壓（有效值） 。 (3) 工頻參考電壓 工頻參考電壓又稱起始動(dòng)作電壓、轉(zhuǎn)折電壓。指氧化鋅閥 片伏安特性曲線上由小電流區(qū)轉(zhuǎn)入擊穿區(qū)所對應(yīng)的電壓值。避 雷器從該點(diǎn)電壓開始限制過電壓，電流值將隨電壓增加而迅速 增加。通常以流過 1ma 的工頻阻性電流分量峰值或直流電流時(shí)， 避雷器上的工頻電壓峰值來定義工頻參考電壓，其值

30、約為 1ma u 最大長期工作電壓峰值的 105%115%。 (4) 壓比 指氧化鋅避雷器通過額定沖擊放電額定沖擊放電電8/ 20 s 流下得殘壓（簡稱額定殘壓）與工頻參考電壓之比。通過沖擊 大電流時(shí)的殘壓低，直接反映為壓比小，說明避雷器的保護(hù)性 能好，當(dāng)前避雷器的壓比約為 1.62.0。 (5) 荷電率 指最大長期工作電壓峰值與工頻參考電壓之比。它表征單 位電阻片上的電壓負(fù)荷。目前一般采用 45%75%的荷電率。在 中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，一般采用低荷電率； 在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，選用高荷電率。荷電率高低也是決 定避雷器老化快慢的直接因素。 (6) 工頻耐受特性 我國規(guī)定氧化

31、鋅避雷器在如下時(shí)間內(nèi)耐受下列工頻過電壓 的倍數(shù) 1.2 m u 1000s 1.3 m u 100s 1.4 m u 10s 最大允許工作電壓 m u (7) 保護(hù)比 氧化鋅避雷器的保護(hù)比 k 定義為： (3-12) = k 額定殘壓壓比 最大長期工作電壓峰值荷電率 所以，壓比越小，表明通過沖擊大電流時(shí)的殘壓越低，避雷器 的保護(hù)性能越好。 1 g 2 g 1 r 2 r c r 圖 3-2 氧化鋅串聯(lián)間隙原理圖 3.5 避雷器的選型 (1) 管型避雷器9 管型避雷器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能自動(dòng)熄弧的保護(hù)間隙，如圖 3- 3 所示。 它有兩個(gè)互相串聯(lián)的間隙，一個(gè)在大氣中稱為外間隙 s2， 其左右是隔離工作

32、電壓避免產(chǎn)氣管被流經(jīng)管子的工頻泄露電流 所燒壞；另一個(gè)間隙 s1 裝在管內(nèi)，稱為內(nèi)間隙或滅弧間隙， 其電極一為棒電極 3，另一為環(huán)形電極 4。管由纖維、塑料或 橡膠等產(chǎn)氣材料制成。雷擊同時(shí)擊穿內(nèi)外間隙，雷電經(jīng)過間隙 流入大地；過電壓消失后，內(nèi)外間隙的擊穿狀態(tài)將由導(dǎo)線上的 工作電壓所維持，此時(shí)流經(jīng)間隙的工頻電弧電流為工頻續(xù)流， 其值為管型避雷器安裝處的短路電流，工頻續(xù)流電弧的高溫， 使管內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，其壓力可達(dá)數(shù)十以至上百個(gè)大氣壓，氣 體從開口端噴出，強(qiáng)烈地吹動(dòng)電弧，使其在工頻續(xù)流第一次經(jīng) 過零值時(shí)熄滅。這就是管型避雷器自動(dòng)熄弧的特點(diǎn)，但是當(dāng)間 隙被擊穿后是直接接地，將會(huì)有截波產(chǎn)生，不能用來保

33、護(hù)有繞 組的設(shè)備。因此目前管型避雷器使用范圍較小，一般用于保護(hù) 輸電線路的個(gè)別地段，如跨距較大處或者變電所的進(jìn)線段。 1-產(chǎn)氣管；2-膠木管；3-棒形電極；4-環(huán)形電極； 5-動(dòng)作指示器；-內(nèi)間隙；-外間隙 1 s 2 s 圖 3-3 管型避雷器 (2) 閥型避雷器 閥型避雷器的基本元件為間隙和非線性電阻，間隙與非線 性電阻（又稱閥片）相串聯(lián)，如圖所示： 1 2 工作母線 1間隙；2電阻閥片 圖 3-4 閥型避雷器原理結(jié)構(gòu)圖 在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，防 止由母線的工作電壓在電阻閥片中產(chǎn)生的電流燒壞閥片。當(dāng)系 統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時(shí)，間隙擊穿，由 于

34、間隙放電的伏秒特性低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓強(qiáng)度，從而 使設(shè)備得到保護(hù)。間隙擊穿后，沖擊電流通過閥片流入大地， 由于閥片的非線性特性，電流越大電阻越小，故在閥片上產(chǎn)生 的壓降（稱為殘壓）將得到限制，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊 耐壓，保護(hù)設(shè)備。當(dāng)過電壓消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生的 工頻電弧電流（稱為工頻續(xù)流）仍將繼續(xù)流過避雷器，此續(xù)流 受閥片電阻的非線性特性所限制，使其小于 80a，間隙能在工 頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時(shí)就將電弧切斷。 (3) 氧化鋅避雷器 氧化鋅避雷器由具有較好的非線性“伏安”特性的氧化 鋅電阻片組裝而成。當(dāng)工作在正常電壓下，由于具有極高的電 阻而呈絕緣狀態(tài)，在雷電過電壓作用下，則呈

35、低電阻狀態(tài)，泄 放雷電流，使與避雷器并聯(lián)的電氣設(shè)備的殘壓，被抑制在設(shè)備 絕緣安全值以下，待有害的過電壓消失后，迅速恢復(fù)高電阻而 呈絕緣狀態(tài)，從而有效地保護(hù)了被保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣免受過 電壓的損害10。 它與閥型避雷器相比具有動(dòng)作迅速、通流容量大、殘壓低、 無續(xù)流、對大氣過電壓和操作過電壓都起保護(hù)作用、結(jié)構(gòu)簡單、 可靠性高、壽命長、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。 1) 使用條件 a.適用戶內(nèi)或戶外； b.環(huán)境溫度不高于+40，不低于-40； c.海拔高度不超過 2000m（y5c 型不超過 1000m），高原型 不超過 3500m； d.交流系統(tǒng)的頻率范圍為 4862hz； e.最大風(fēng)速為 35m/s； f.

36、地震烈度為 8 度以下； g.引線拉力為 299n，35kv 以上產(chǎn)品為 490n。 2) 結(jié)構(gòu)簡介 1.27kv 以下產(chǎn)品用上下鐵殼蓋及密封橡皮圈將氧化鋅閥片 密封在瓷套內(nèi)，內(nèi)部裝有彈簧將閥片壓緊，以防止內(nèi)部雷件移 動(dòng)，并保證雷件之間可靠的電氣連接。 41kv 以下產(chǎn)品由避雷器元件、頂蓋、底座組成。避雷器元 件內(nèi)部裝有氧化鋅閥片，閥片用四根拉桿固定，彈簧壓緊。避 雷器通常帶有壓力釋放裝置，當(dāng)避雷器在負(fù)載超過規(guī)定或者發(fā) 生意外損壞造成內(nèi)部壓力上升時(shí)，當(dāng)壓力上升到某一個(gè)規(guī)定值 時(shí)，壓力施放裝置動(dòng)作，排出氣體，防止瓷套爆炸。 3.6 絕緣子的類型及其特性 (1) 玻璃絕緣子 玻璃絕緣子是在 20

37、世紀(jì) 30 年代中期，由英國采用“鋼化” 工藝方法制成問世的，至今已有 60 多年歷史，其在射界范圍 內(nèi)有著日益廣泛的應(yīng)用。從長期的生產(chǎn)使用資料中可以看到玻 璃絕緣子有如下特性11： 1) 零值自破、便于檢測。即具有缺陷的玻璃絕緣子自破 后傘盤全部脫落，只要在地面上觀測即可，無需登桿逐片檢測。 不像陶瓷絕緣子需要檢測通過配備檢測儀器定期登桿或登塔檢 測，降低工作量及維護(hù)費(fèi)用。 2) 耐電弧和耐震動(dòng)性能好。玻璃絕緣子在運(yùn)行時(shí)遭受雷 電燒傷后的新表面仍為光滑的玻璃體，并有鋼化內(nèi)應(yīng)力保護(hù)層， 因此，它仍具有足夠的絕緣性和機(jī)械強(qiáng)度。 3) 壽命長不易老化。根據(jù)電力部門部分地區(qū)輸電線路上 的玻璃絕緣子進(jìn)

38、行的定期取樣檢測，通過分析所積累的采樣數(shù) 據(jù)，表明了運(yùn)行 35 年后的玻璃絕緣子的機(jī)電性能與出廠時(shí)基 本一致，未出現(xiàn)老化現(xiàn)象。 4) 主電容量大，電壓分布均勻。玻璃的相對介質(zhì)常數(shù) 78，使玻璃絕緣子的主電容量較大，從而使玻璃絕緣子的電 壓分布比瓷絕緣子均勻，降低了無線電干擾、減少電暈損耗并 且延長玻璃絕緣子壽命，并通過實(shí)踐數(shù)據(jù)反應(yīng)了這一點(diǎn)。 5) 強(qiáng)度高、尺寸小、重量輕。鋼化給予玻璃外層壓應(yīng)力， 使其平均抗拉強(qiáng)度比退火玻璃提高 5 倍，比電瓷提高 2 倍左右。 玻璃件的這種內(nèi)應(yīng)力，足以抵御在正常使用條件下玻璃可能遭 受的熱火機(jī)械沖擊。玻璃絕緣子能夠承受的最大永久性應(yīng)力僅 僅因鐵帽和鋼腳的強(qiáng)度而

39、受到限制，金屬附件的破壞往往先于 玻璃件的損壞。試驗(yàn)證明：幾乎所有的拉力試驗(yàn)中，遭到破壞 的部位都是在鐵帽或鋼腳上，而不是在玻璃上。 玻璃的介電常數(shù)大于瓷的介電常數(shù)，在保證相同的機(jī)械強(qiáng) 度和相同的擊穿電壓前提下，能取得最小的厚度，所以可以減 小絕緣子的尺寸，并且玻璃絕緣子比同類瓷絕緣子的尺寸小， 壁薄且均勻，因而絕緣子比較輕。 6) 不可擊穿。由于玻璃件是一個(gè)致密的整體，幾乎是不 可擊穿的。一般鈉鈣玻璃的介電強(qiáng)度為 13501700kv/cm，約 為陶瓷的 3.8 倍。 7) 熱穩(wěn)定性好。玻璃絕緣子接近于絕緣子所用的水泥及 金屬附件的熱膨脹系數(shù)，所以相互匹配良好，對絕緣子的正常 工作和使用壽命

40、來說具有極大的意義。 (2) 瓷絕緣子 電瓷作為一種傳統(tǒng)的無機(jī)絕緣材料，能耐受不利的大氣環(huán) 境和酸堿污穢等的長期作用而不受侵蝕，具有良好的絕緣性能、 耐候性和耐熱性，抗老化性好，具有足夠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度。 因此電瓷被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。至今，同玻璃絕緣子、 復(fù)合絕緣子相比，瓷絕緣子仍然是電力系統(tǒng)中使用最廣泛的絕 緣子。 瓷是一種脆性材料，它的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多。普 通上釉電瓷試樣的抗壓強(qiáng)度達(dá)到 50kn/cm，抗彎強(qiáng)度不低于 8kn/cm，抗拉強(qiáng)度卻只約 3kn/cm。不上釉的瓷，表面粗糙 容易開裂，機(jī)械強(qiáng)度要低 10%20%。瓷件截面積增加，機(jī)械強(qiáng) 度要降低。電瓷的機(jī)械強(qiáng)度與其受力

41、情況以及結(jié)構(gòu)形狀，即附 件的結(jié)構(gòu)和組裝方法有關(guān)系。為了使電瓷有較高的機(jī)械強(qiáng)度， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使瓷承受壓應(yīng)力。 (3) 復(fù)合絕緣子 復(fù)合絕緣子主要結(jié)構(gòu)一般由傘裙護(hù)套、玻璃鋼芯棒和端部 金具三部分組成。相較于傳統(tǒng)的玻璃絕緣子和瓷絕緣子，復(fù)合 絕緣子主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1) 濕閃污閃電壓高。復(fù)合絕緣子優(yōu)異耐濕污性能主要是由 于有機(jī)復(fù)合材料低能表面的憎水性。在小雨、大霧、露、融雪、 融冰等惡劣氣象條件下，有分離的水珠形成在復(fù)合絕緣子表面， 而不是連續(xù)的水膜，由于污層的低導(dǎo)電性，泄露電流會(huì)是一個(gè) 較小的值，一般不會(huì)發(fā)生較強(qiáng)烈的局部電弧，即使局部電弧發(fā) 生后，一般也不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)致外絕緣閃絡(luò)。硅橡膠

42、材料還 有一個(gè)獨(dú)有的特性，復(fù)合絕緣子運(yùn)行一段時(shí)間至表面積污，憎 水性可遷移到污層表面，在相同污穢度下，其污閃電壓可達(dá)到 相同泄露距離瓷絕緣子的兩倍以上12。 2) 強(qiáng)度高，重量輕。復(fù)合絕緣子的強(qiáng)度重量比很高。其中 玻璃鋼芯棒優(yōu)異的機(jī)械性能決定了復(fù)合絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度，目 前使用最多的是拉伸強(qiáng)度可達(dá) 1000mpa 以上的玻璃鋼引拔棒， 而芯棒密度卻只有 2g/cm左右，因此具有很高的強(qiáng)度，約為 優(yōu)質(zhì)碳素鋼的 510 倍。同時(shí)作為傘裙材料的硅橡膠密度也不 到 2g/cm，因此復(fù)合絕緣子整體的重量很輕。而玻璃絕緣子 和瓷絕緣子的抗拉強(qiáng)度僅為 90mpa 和 40mpa。在相同電壓等級 下，復(fù)合絕緣子

43、的重量僅為瓷絕緣子的 1/71/10。 3) 運(yùn)行維護(hù)簡便。有機(jī)外絕緣耐污閃性能優(yōu)異，可以大幅 度地提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。當(dāng)復(fù)合外套工作在污穢地區(qū) 不需要像瓷絕緣子及玻璃絕緣子一樣定期清掃，并且不存在普 通懸式瓷絕緣子的零值檢測問題，從而降低了污穢地區(qū)絕緣子 的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 4) 不易破碎，防止意外事故。復(fù)合絕緣子有較強(qiáng)的耐沖擊 性，從而減少在安裝、運(yùn)輸過程中造成的意外損壞13。 第第 4 4 章章避雷器的設(shè)計(jì)避雷器的設(shè)計(jì) 4.1 避雷器的命名 產(chǎn)品型號(hào)主要由產(chǎn)品型式（系列）、結(jié)構(gòu)特征、使用場所、 設(shè)計(jì)序號(hào)、特征數(shù)字以及附加特征代號(hào)的漢語拼音字母組成， 如圖 4-1 所示14。 附加特性

44、代號(hào) 避雷器額定電壓 標(biāo)稱放電電流下殘 壓 設(shè)計(jì)序號(hào)（用阿拉伯?dāng)?shù) 字表示） 使用場所 結(jié)構(gòu)特征 標(biāo)稱放電電流 產(chǎn)品型式 圖 4-1 避雷器的命名 (1) 產(chǎn)品型式代號(hào) 金屬氧化物避雷器的產(chǎn)品型式代號(hào)由一至二個(gè)字母組成。 如： y瓷絕緣外套金屬氧化物避雷器； yh復(fù)合外套金屬氧化物避雷器。 (2) 結(jié)構(gòu)特征代號(hào) w無間隙； c避雷器有串聯(lián)間隙； b避雷器有內(nèi)部并聯(lián)間隙。 (3) 使用場所代號(hào) 使用場所代號(hào)主要表示避雷器的使用場所或系統(tǒng)中性點(diǎn)的 接地方式。 s適用于配電； z適用于發(fā)變電站； r適用于保護(hù)電容器組； x適用于線路避雷器； cx線路避雷器有外部串聯(lián)間隙； o適用于油浸式； l用于直流

45、。 (4) 設(shè)計(jì)序號(hào) 對于變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、低壓系統(tǒng)、電機(jī)中性點(diǎn)保護(hù)的避 雷器，包括中性點(diǎn)直接接地的避雷器，均不采用使用場所代號(hào) 予以表示。 當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征、使用場所及特征數(shù)字均相同，但其外形 尺寸、安裝尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)或其他特性不同時(shí)，需要在產(chǎn)品型 號(hào)上區(qū)別時(shí)，則使用設(shè)計(jì)序號(hào)，并按產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間順序依次排 列，以阿拉伯?dāng)?shù)字表示。 設(shè)計(jì)序號(hào)即不表示產(chǎn)品的先進(jìn)性，也不代表制造廠。 (5) 特征數(shù)字 特征數(shù)字由避雷器最重要的特性參數(shù)表示，其一經(jīng)確定， 按照 gb11032 及其他有關(guān)避雷器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可確定其他相應(yīng)的特 性參數(shù)。對于金屬氧化物避雷器，此特征數(shù)字由兩部分組成， 在斜線上方為避雷器的額定電壓值

46、（單位為 kv），斜線下方 為避雷器標(biāo)稱放電電流下得殘壓值（單位為 kv）。如圖 4-2 所示： 避雷器額定電壓 標(biāo)稱放電電流下殘壓 圖 4-2 特征數(shù)字表示方式 (6) 附加特征代號(hào) 為了表示避雷器所適用的特殊環(huán)境條件和系統(tǒng)接地方式而 附加的代號(hào)。 j系統(tǒng)中性點(diǎn)有效接地； w重污穢地區(qū)； g高海拔地區(qū)。 4.2 氧化鋅避雷器特性分析 4.2.1zno 材料特性 與sic電阻片相比，zno擁有極其優(yōu)異的非線性，它在正常 工作下接近絕緣狀態(tài)，無需，無需再用火花間隙將電源和電阻 片隔開，所以可制成無間隙避雷器，由此導(dǎo)致了它們具有一系 列碳化硅避雷器所沒有的優(yōu)點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)如下： (1) 壓波進(jìn)入時(shí)，

47、碳化硅避雷器間隙中的氣體需要經(jīng)過統(tǒng) 計(jì)時(shí)延、放電形成時(shí)間等一共約零點(diǎn)幾秒甚至幾微秒的時(shí)間， 間隙才會(huì)被擊穿，開始釋放過電壓能量。由高壓工程理論可知， 來波陡度愈大，有間隙避雷器的伏秒特性曲線愈陡峭。氧化 鋅避雷器沒有間隙，它的伏秒特性曲線僅由材料固有性質(zhì)決 定，因而曲線上翹的程度比前者小。陡波頭沖擊電流通過zno 電阻時(shí)，殘壓值升高幅度較小，因而氧化鋅避雷器在陡波頭沖 擊電壓和沖擊電流作用時(shí)，能給設(shè)備絕緣提供更大的保護(hù)裕度， 這是zno電阻的另一個(gè)特性。 (2) 在釋放過電壓能量以后，zno電阻立即恢復(fù)到高阻狀態(tài)， 工頻續(xù)流由溫度升高的電阻片的阻值所決定，續(xù)流值僅為毫安 級。這不但減輕了避雷器

48、的動(dòng)作負(fù)拔，延長了它的使用壽命， 而且對系統(tǒng)的影響也極微。 (3) 單位面積zno電阻片的通流能力約等于sic電阻片的4 倍，具有更好的釋放操作過電壓能量的能力，可滿足超高壓系 統(tǒng)絕緣配合的需要。 (4) 可制成地下電纜系統(tǒng)、直流輸電、氣體絕緣電站 （gis）組合電器，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器組和嚴(yán)重污穢地區(qū)所需 的理想的過電壓保護(hù)電器。 (5) 避雷器結(jié)構(gòu)簡化，內(nèi)部零件大為減少，不但降低了出 現(xiàn)故障的概率，而且還有利于制造廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，提高效 益。 4.2.2氧化鋅避雷器的特點(diǎn) 研究表明氧化鋅避雷器的有點(diǎn)突出15-16： (1) 有完善的防雷功能，也就是對雷電的陡坡和幅值有限 壓的保護(hù)作用。 (

49、2) 防雷保護(hù)作用時(shí)不會(huì)造成電力網(wǎng)接地或相間短路故障。 (3) 作用時(shí)不會(huì)有短路電流或工頻續(xù)流等工頻能源的浪費(fèi)。 (4) 動(dòng)作特性長期運(yùn)行穩(wěn)定，不受暫態(tài)過電壓的危害。 (5) 有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力。 (6) 外形尺寸較小，小型化輕量化更便于室內(nèi)手車柜使用。 (7) 具有 20 年以上的使用壽命。 (8) 能附帶脫離器監(jiān)察運(yùn)行狀況，當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)自動(dòng) 退出運(yùn)行。 4.2.3氧化鋅避雷器局部放電原因的結(jié)構(gòu)分析 導(dǎo)致避雷器產(chǎn)生局部放電的自身原因有材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩 方面： (1) 材料因素 電阻片本身存在缺陷產(chǎn)生局部放電。由于電阻片在制作過 程中，不可避免地要產(chǎn)生氣隙、夾層等缺陷，缺陷的存在必然

50、造成局部放電。內(nèi)部存在缺陷的電阻片，其通流能力必然小于 無缺陷的電阻片，電阻片的這種缺陷在進(jìn)行通流能力篩選時(shí)只 要選取合適的篩選電流大多數(shù)可以挑選出來。組裝避雷器時(shí)所 選用的絕緣桿、隔弧筒等絕緣部件的內(nèi)部缺陷產(chǎn)生局部放電。 對于絕緣材料來說，在生產(chǎn)過程中，由生產(chǎn)所需原材料的質(zhì)量、 生產(chǎn)條件、生產(chǎn)工藝等各方面的因素不可避免地造成絕緣部件 的內(nèi)在缺陷。這些缺陷可以由避雷器生產(chǎn)廠在元器件進(jìn)廠檢驗(yàn) 時(shí)以及避雷器生產(chǎn)廠對絕緣部件生產(chǎn)廠的質(zhì)量保證體系運(yùn)行情 況進(jìn)行檢查來進(jìn)行消除。 (2) 絕緣結(jié)構(gòu) 由于氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)的特殊性，它不同于其他電工產(chǎn)品， 是由氧化鋅電阻片、隔弧筒、調(diào)整高度的金屬調(diào)整墊塊、彈簧

51、、 金屬夾板、絕緣桿、絕緣外套等組成。其中電阻片和絕緣部件 之間由于設(shè)計(jì)不合理或裝配工藝不完善而產(chǎn)生的局部放電。 4.3 避雷器工作原理 過電壓波沿線路侵入電氣設(shè)備，會(huì)對設(shè)備的絕緣造成極大 的危害，所以，必須將其限制在安全的范圍內(nèi)，使設(shè)備能夠承 受。這種過電壓波通常是由于輸電線附近雷電活動(dòng)而產(chǎn)生的感 應(yīng)過電壓，也可能是由于系統(tǒng)中設(shè)備啟動(dòng)或退出運(yùn)行，或者運(yùn) 行方式改變等操作引起的操作過電壓，也有可能是雷電直擊線 路引起的過電壓。本文通過分析閥式避雷器和氧化鋅避雷器限 制雷電過電壓的過程來更好闡明避雷器的工作原理。 避雷器一般接在導(dǎo)線與大地之間，以釋放過電壓的能量。 避雷器的工作過程一般可以分為以

52、下三步：限壓、熄弧和恢復(fù)。 其限壓作用首先是靠間隙來實(shí)現(xiàn)的。其工作過程是：在正常情 況下，避雷器處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)過電壓波超過避雷器規(guī)定動(dòng)作 電壓，避雷器立即導(dǎo)通，限制過電壓的幅值。雷電流在通過火 花間隙（簡稱間隙）時(shí)，其通道中的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生流向大地的工 頻電流（稱續(xù)流），將雷電流引入大地后，需將續(xù)流切斷。隨 后避雷器恢復(fù)了絕緣狀態(tài)。閥式避雷器在間隙擊穿后，它的端 電壓具有一定數(shù)值的電壓降而不會(huì)降為零，該壓降是雷電流流 過非線性電阻時(shí)產(chǎn)生的，稱為殘壓。殘壓的大小決定了避雷器 的保護(hù)水平。管型避雷器動(dòng)作時(shí)電壓是一個(gè)截波，然后持續(xù)幾 十毫秒（幾個(gè)周波）存在著高頻振蕩電壓。 不同類型避雷器有不同構(gòu)造的熄

53、弧裝置。閥式避雷器的間 隙依靠與其串聯(lián)的非線性電阻片的配合把續(xù)流限制在一定的數(shù) 值以下，使電弧熄滅。而管型避雷器內(nèi)部裝有產(chǎn)氣材料，當(dāng)雷 電流通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高壓氣體，以此將電弧吹斷。 避雷器的恢復(fù)過程就是指在它的間隙中去游離的過程。在 這一過程中，充滿在間隙氣體中的離子和自由電子迅速消失， 絕緣強(qiáng)度在幾毫秒內(nèi)得到恢復(fù)，這時(shí)間隙再度處于絕緣狀態(tài)， 保證了電網(wǎng)的正常運(yùn)行17。 無間隙氧化鋅避雷器的限壓作用是靠zno電阻片來實(shí)現(xiàn)的 zno電阻片的伏安特性曲線非常優(yōu)越，在工作電壓下，泄漏 電流只有毫安數(shù)量級，而且基本上是容性分量，接近絕緣狀態(tài)。 過電壓發(fā)生時(shí)，電阻變得極小，便于釋放能量。能量釋放之后

54、， 電阻片又自行恢復(fù)到最初的高阻狀態(tài)。由此可見，氧化鋅避雷 器在工作中是不產(chǎn)生電弧的，它工作的全過程只包括限壓和恢 復(fù)兩個(gè)步驟。 第第 5 5 章章避雷器設(shè)計(jì)計(jì)劃書及設(shè)計(jì)圖紙避雷器設(shè)計(jì)計(jì)劃書及設(shè)計(jì)圖紙 5.1 設(shè)計(jì)計(jì)劃書 (1) 額定電壓 避雷器額定電壓的選取一般電力系統(tǒng)的暫過電壓為基礎(chǔ)， 通常按單相接地同時(shí)甩負(fù)荷條件規(guī)定避雷器的額定電壓，根據(jù) 近些年無間隙氧化鋅避雷器在國內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行情況， gb11032交流無間隙金屬氧化物避雷器標(biāo)準(zhǔn)中額定電壓值 進(jìn)行選取，35kv 系統(tǒng)用避雷器額定電壓取 51kv。 (2) 絕緣配合和避雷器和保護(hù)水平 避雷器的絕緣配合和保護(hù)水平在 gb11032 中有詳細(xì)

55、的分析 和規(guī)定，以 35kv 系統(tǒng)電站和配電型避雷器的分析計(jì)算為例， 在輸變電設(shè)備中變壓器價(jià)格昂貴，而其中雷電沖擊絕緣水平最 低，可以此為絕緣配合設(shè)計(jì)依據(jù)。 無間隙金屬氧化物避雷器的保護(hù)水平完全由它的殘壓決定， 其雷電過電壓保護(hù)水平是下列兩項(xiàng)數(shù)值中的較高者。a.陡波沖 擊電流下的最大殘壓除以 1.15；b.8/20 標(biāo)稱放電電流下的最 大殘壓。 對氧化鋅避雷器而言，其陡波沖擊電流下的殘壓一般不超 過標(biāo)稱放電電流下殘壓的 1.15 倍，因此絕緣配合主要考慮標(biāo) 稱放電電流下的保護(hù)水平。按 gb311 有關(guān)規(guī)定，35kv 變壓器 雷電沖擊絕緣水平為 200kv，絕緣配合系數(shù)取 1.5。 本次設(shè)計(jì)避雷

56、器保護(hù)水平的最高值按 gb11032 所規(guī)定的最 高值選取，由于變壓器等電氣設(shè)備的基本絕緣水平已確定，在 保證一定的絕緣配合裕度之后，避雷器的保護(hù)水平（殘壓值） 也隨之確定，過份降低避雷器殘壓對保護(hù)設(shè)備已失去意義，反 而會(huì)降低避雷器本身的運(yùn)行可靠性，因此，我們按 gb11032 選 取殘壓，而對于并聯(lián)電容器保護(hù)用避雷器，主要考慮操作沖擊 的絕緣保護(hù)，由于操作沖擊保護(hù)水平較低，其標(biāo)稱雷電沖擊保 護(hù)水平實(shí)際低于電站型避雷器，考慮到非有效接地系統(tǒng)避雷器 運(yùn)行條件比較苛刻，需要避雷器有較高的參考電壓和額定電壓， 設(shè)計(jì)中避雷器的殘壓接近普閥式避雷器，但由于沒有間隙，對 某些操作限制上有很好的效果，優(yōu)于普

57、閥式避雷器，同時(shí)由于 沒有了間隙，避雷器性能穩(wěn)定，檢修維護(hù)量也小了很多。 (3) 容量特性 1) 標(biāo)稱放電電流 根據(jù) gb11032，本次設(shè)計(jì)標(biāo)稱入電電流為 5ka。 2) 大電流沖擊耐受特性 大電流沖擊耐受主要考核避雷器在更大的雷電流下的穩(wěn)定 性，特別是考核閥片側(cè)面絕緣的防外閃能力，按 gb11032 的修 訂意見，本次設(shè)計(jì)的大電流沖擊耐受提高到 65ka。 3) 2000s 方波電注沖擊耐受 避雷器在線路合閘，重合閘，切事空載長線和并聯(lián)電容器 組及在弧光接地等情況下要吸收操作過電壓能量，對中性點(diǎn)非 有效接地系統(tǒng)，gb11032 規(guī)定進(jìn)行 2000s 的方波沖擊電流試 驗(yàn)。 4) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

58、氧化鋅避雷器的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮機(jī)械強(qiáng)度，密封 性能，內(nèi)部連接方式，外形結(jié)構(gòu)，防爆結(jié)構(gòu)，傘套爬距等，結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)上主要參考了國內(nèi)外其它廠家的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)， 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見產(chǎn)品圖紙，根據(jù)避雷器實(shí)際運(yùn)行情況的調(diào)查 分析，絕大部分避雷器引起故障的原因是因?yàn)槊芊獠涣级斐桑?因此本次設(shè)計(jì)特別是產(chǎn)品的密封結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了獨(dú)特的改進(jìn)，復(fù) 合外套避雷器采用了定位密封和雙重密封。 5) 特性參數(shù) 從以上計(jì)算，可以提出本次設(shè)計(jì)的氧化鋅避雷器的主要技 術(shù)參數(shù)，產(chǎn)品的其它性能均按 gb11032 的要求規(guī)定要求。 6) 水平比較 本次設(shè)計(jì)的氧化鋅避雷器，能量容量（通流容量）大， 2ms 方波通流為 400a（

59、56 閥片），優(yōu)于國內(nèi)大多數(shù)廠家的 水平，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，在保護(hù)水平上，按 gb11032 設(shè)計(jì)， 相當(dāng)于國內(nèi)大多數(shù)廠家的氧化鋅避雷器水平，但就避雷器的殘 壓比而言，也已達(dá)到辦先進(jìn)水平，優(yōu)一般廠家，我們不降低避 雷器的保護(hù)水平，主要在希望盡量提高避雷器的參考電壓，以 利于避雷器的本身的安全可靠運(yùn)行，由于運(yùn)行的避雷器故障大 多出在密封問題上，這次在密封設(shè)計(jì)上進(jìn)行了獨(dú)到的改進(jìn)，更 利于避雷器的安全運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)的氧化鋅避雷器老化好，暫 過電壓耐受能力強(qiáng)，在一相接地情況下仍可長時(shí)間連續(xù)工作， 可能隨 3 倍以上的諧振和弧光接地過電壓的作用，運(yùn)行可靠性 高，避雷器吸收操作過電壓的能力已接近磁吹避雷器

60、的保護(hù)水 平，遠(yuǎn)優(yōu)于 fs、fz 型普閥式避雷器。 5.2 避雷器設(shè)計(jì)說明 (1) 間隙選擇18 在線路避雷器長期的研究生產(chǎn)和使用中，人們發(fā)現(xiàn)了有間 隙線路避雷器存在一些缺陷，由于復(fù)合絕緣子的雷電耐壓水平 低于瓷絕緣子，在發(fā)生雷擊時(shí)被保護(hù)的復(fù)合絕緣子仍有可能發(fā) 生閃絡(luò)。降低間隙雷電放電電壓的適應(yīng)度可以縮小放電間隙的 放電距離，但是會(huì)造成操作電壓幅值較高，流過避雷器本體元 件的操作過電壓電流就會(huì)增大，則需要選用大尺寸的電阻片， 但是會(huì)直接提高生產(chǎn)成本。 目前國內(nèi)使用的串聯(lián)間隙避雷器瓷環(huán)主要是電阻性瓷環(huán)和 電容性瓷環(huán)。電阻性瓷環(huán)是以陶瓷為基體，在外表面涂上高電 阻的釉面，里面和端面涂上銀粉的的接觸