避雷器結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)

1、避雷器結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容n1、避雷器基本知識(shí)n2、避雷器的分類n3、各類避雷器的特點(diǎn)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(píng)價(jià)氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的指標(biāo)n7、產(chǎn)品型號(hào)說明n8、氧化鋅避雷器試驗(yàn)n9、氧化鋅避雷器帶電測(cè)試n10、避雷器故障分析一、避雷器基本知識(shí)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(hù)電氣設(shè)備免受瞬時(shí)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?cái)嗬m(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置 。作用作用 當(dāng)過電壓出現(xiàn)時(shí)，避雷器兩端子間的電壓不超過規(guī)定值，使電氣設(shè)備免受過電壓損壞；過電壓作用后，又能使系統(tǒng)迅速恢復(fù)正

2、常狀態(tài)，以保證系統(tǒng)正常供電 。避雷器對(duì)過電壓的保護(hù)作用：電力避雷器涉及的幾個(gè)指標(biāo)n（1）伏秒特性：指電壓與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。n（2）工頻續(xù)流：指雷電壓或過電壓放電結(jié)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(qiáng)度自恢復(fù)能力：電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系，即恢復(fù)到原來絕緣強(qiáng)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(shè)備的伏特特性的下限。（2）要求避雷器間隙絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)程度高于避雷器上恢復(fù)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(shè)備的最

3、高工頻電壓電氣設(shè)備的最高工頻電壓電氣設(shè)備的伏秒特性電氣設(shè)備的伏秒特性絕緣強(qiáng)度恢復(fù)低于絕緣強(qiáng)度恢復(fù)低于絕緣強(qiáng)度恢復(fù)高于絕緣強(qiáng)度恢復(fù)高于避雷器恢復(fù)電壓避雷器恢復(fù)電壓工頻電壓工頻電壓對(duì)電力避雷器的基本要求二、避雷器的分類n保護(hù)間隙保護(hù)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(hù)間隙保護(hù)間隙 保護(hù)間隙由兩個(gè)間隙（即主間隙和輔助間隙）組成，常用的角型間隙與被保護(hù)設(shè)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(hù)物；5保護(hù)間隙排氣式避雷器排氣式避雷器 也稱管型避雷器，實(shí)質(zhì)上是一種具有較高

4、熄弧能力的保護(hù)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(hù)間隙和排氣式避雷器的缺點(diǎn)保護(hù)間隙和排氣式避雷器的缺點(diǎn)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(shè)備絕緣的沖擊放電特性較平，二者不和其他設(shè)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(dòng)作后工作母線直接接地形成幅值很高的截波動(dòng)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(diǎn)閥式避雷器的缺點(diǎn)u普通型沒有強(qiáng)迫熄

5、弧的措施，其閥片的熱容量普通型沒有強(qiáng)迫熄弧的措施，其閥片的熱容量有限，不能承受較長時(shí)間的內(nèi)過電壓沖擊電流有限，不能承受較長時(shí)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(diǎn)三、各類避雷器的缺點(diǎn)四、金屬氧化物避雷器（四、金屬氧化物避雷器（MOA） 瓷套型復(fù)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(jié)構(gòu)目前國內(nèi)輸變電設(shè)備保護(hù)主要采用金屬氧化物避雷器(MOA)。氧化鋅避雷器由一個(gè)或并聯(lián)的兩個(gè)非線性電阻片疊合圓柱構(gòu)成。它根據(jù)電壓等級(jí)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(fù)合外套ZnO避雷器1-復(fù)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(jié)構(gòu)簡圖氧化鋅（壓敏）電阻片工作母線工作母線微觀結(jié)構(gòu)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(diǎn)氧化鋅避雷器的優(yōu)點(diǎn)u保護(hù)性能優(yōu)越殘壓保護(hù)性能優(yōu)越殘壓低、相應(yīng)時(shí)間快、陡低、相應(yīng)時(shí)間快、陡波特性平坦波特性平坦u無續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕無續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)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(qiáng)力強(qiáng)u結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于批量生產(chǎn)，造價(jià)易于批量生產(chǎn)，造價(jià)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(shè)計(jì)的避雷器，能有效值，按照此電壓所設(shè)計(jì)的避雷器，能在規(guī)定的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中確定的暫時(shí)過電在規(guī)定的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中確定的暫時(shí)過電壓下正確地動(dòng)作。壓下正確地動(dòng)作。持續(xù)運(yùn)行電壓持續(xù)運(yùn)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(yīng)能正常冷卻，不發(fā)生度升高，在此電壓下應(yīng)能正常冷卻，不發(fā)生熱崩潰。熱崩潰。持續(xù)運(yùn)行電流持續(xù)運(yùn)行電流（Ic） 指在持續(xù)運(yùn)行電壓下，流過避雷器的指在持續(xù)運(yùn)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(duì)，持續(xù)電流隨溫度的變化而變化，并受對(duì)地雜散電容的影響。地雜散電容的影響。起始動(dòng)作電壓（參考電壓）起始動(dòng)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(diǎn)附近的某一電流值，其值大約為其伏安特性曲線拐點(diǎn)附近的某一電流值，其值大約為1mA。在直流參考電流下測(cè)出的避雷器的直流電壓平均。在直流參考電流下測(cè)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(shí)測(cè)出的避雷器的工頻電壓最大值除以電流時(shí)測(cè)出的避雷器的工頻電壓最大

10、值除以 2。通常。通常Uref低于或接近于低于或接近于“拐點(diǎn)拐點(diǎn)”，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(shí)間（常用短持續(xù)時(shí)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(shí)間（次和長持續(xù)時(shí)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(biāo)稱放電電流標(biāo)稱放電電流（In） 用來劃分避雷器等級(jí)的、具有用來劃分避雷器等級(jí)的、具有8/20

11、 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(gè)等級(jí)，前三級(jí)分別與中性點(diǎn)、電機(jī)型避雷器五個(gè)等級(jí)，前三級(jí)分別與中性點(diǎn)、電機(jī)型避雷器、電容型避雷器等相對(duì)應(yīng)，電站用避雷器一般用、電容型避雷器等相對(duì)應(yīng)，電站用避雷器一般用后三個(gè)等級(jí)。后三個(gè)等級(jí)。殘壓（峰值）殘壓（峰值） 放電電流流過避雷器時(shí)其端子間出現(xiàn)放電電流流過避雷器時(shí)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(shí)間/半峰時(shí)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0.5，1，230/8

12、0六、評(píng)價(jià)氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的指標(biāo)保護(hù)水平保護(hù)水平雷電沖擊保護(hù)水平雷電沖擊保護(hù)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(hù)水平擊保護(hù)水平操作沖擊保護(hù)水平操作沖擊保護(hù)水平 避雷器的操作沖擊保護(hù)水平是規(guī)定的操作避雷器的操作沖擊保護(hù)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(hù)性能一般以壓比（避雷器的保護(hù)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(biāo)稱沖擊放電電流的標(biāo)稱沖擊放電電流時(shí)的殘壓時(shí)的殘壓/起始動(dòng)作電壓起始動(dòng)作電壓）

13、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(shí)的殘小，表示非線性越好，流過大電流時(shí)的殘壓越低，避雷器的保護(hù)性能越好。例如壓越低，避雷器的保護(hù)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(hù)比約為護(hù)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(yùn)行電壓峰它是氧化鋅避雷器的最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值與起始動(dòng)作電壓的比值。荷電率越高說明避值與起始動(dòng)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(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折點(diǎn)點(diǎn)”長期工作。長期工作。)1 (.2mAdcUrefUc保護(hù)比保護(hù)比荷電率壓比

14、值）最大持續(xù)運(yùn)行電壓（峰標(biāo)稱放電電流下的殘壓保護(hù)比七、產(chǎn)品型號(hào)說明 實(shí)例Y10W-420/958瓷套、標(biāo)稱放電電流瓷套、標(biāo)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(biāo)稱放電電流下殘壓、標(biāo)稱放電電流下殘壓958kVY5WZ-17/45瓷套、標(biāo)稱放電電流瓷套、標(biāo)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(biāo)稱放電電流下殘壓、標(biāo)稱放電電流下殘壓45kVHY5WS2-17/50復(fù)合外套、標(biāo)稱放電電流復(fù)合外套、標(biāo)稱放電電流5kA、無間隙、配電、無間隙、配電型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)序號(hào)型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)序號(hào)2、額定電壓、額定電壓17kV、標(biāo)稱放電、標(biāo)稱

15、放電電流下殘壓電流下殘壓50kV八、氧化鋅避雷器試驗(yàn)n紅外熱像檢測(cè)n測(cè)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(jì)數(shù)器動(dòng)作檢查紅外熱像檢測(cè)n測(cè)試儀器：紅外熱像儀n測(cè)試周期：1）新投運(yùn)第1周 2）6個(gè)月n測(cè)試要求：用紅外熱像儀檢測(cè)避雷器本體及電氣連接部位，紅外熱像圖顯示應(yīng)無異常溫升、溫差/或相對(duì)溫差測(cè)量絕緣電阻判斷標(biāo)準(zhǔn)：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(yàn)周期：1）交接時(shí)2

16、）36年3）必要時(shí)注意事項(xiàng)：試驗(yàn)后對(duì)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(yàn)?zāi)康模簷z查是否受潮或者是否劣化，確定其動(dòng)作性能是否符合產(chǎn)品性能要求試驗(yàn)設(shè)備：高壓直流發(fā)生器判斷標(biāo)準(zhǔn)：U1mA實(shí)測(cè)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(yàn)周期：1）交接時(shí)2）36年3）必要時(shí)高壓直流發(fā)生器設(shè)備圖高壓直流發(fā)生器設(shè)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(yàn)?zāi)康模号袛郙OA閥片的老化、劣化程度l試驗(yàn)設(shè)備：阻性電流測(cè)試儀、試驗(yàn)變壓器、分壓器l判斷標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)符合

17、制造廠規(guī)定l注意事項(xiàng)：測(cè)量時(shí)的環(huán)境溫度宜為2015 測(cè)量應(yīng)每節(jié)單獨(dú)進(jìn)行，應(yīng)盡量縮短工頻參考電壓的加壓時(shí)間，應(yīng)控制在10s以內(nèi) 整相避雷器有一節(jié)不合格，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)：不低于5M試驗(yàn)周期：1）交接時(shí) 2）必要時(shí)說明：用2500V及以上兆歐表放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作檢查放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作檢查判斷標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)試3-5次，均應(yīng)正常動(dòng)作試驗(yàn)周期：1）交接時(shí) 2）必要時(shí)說明：帶全電流在線測(cè)量的計(jì)數(shù)器交接時(shí)應(yīng)進(jìn)行精度檢查，全電流測(cè)量的精度不低于1.0級(jí)。九、氧化鋅避雷器帶電測(cè)試九、氧化鋅避雷器帶電測(cè)試避雷器在線監(jiān)測(cè)器、計(jì)數(shù)器避雷器在線監(jiān)測(cè)器、計(jì)數(shù)器運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流l試驗(yàn)

18、目的：全電流的變化可反映試驗(yàn)?zāi)康模喝娏鞯淖兓煞从矼OA的嚴(yán)重受潮、的嚴(yán)重受潮、 內(nèi)部內(nèi)部 元件接觸不良、閥片嚴(yán)重老化，而阻性電流的變化對(duì)閥片元件接觸不良、閥片嚴(yán)重老化，而阻性電流的變化對(duì)閥片的初期老化的反應(yīng)更為靈敏。的初期老化的反應(yīng)更為靈敏。l試驗(yàn)設(shè)備：試驗(yàn)設(shè)備：阻性電流測(cè)試儀（試驗(yàn)變壓器、分壓器）阻性電流測(cè)試儀（試驗(yàn)變壓器、分壓器）l判斷標(biāo)準(zhǔn)：全電流、判斷標(biāo)準(zhǔn)：全電流、阻性電流和初始值相比應(yīng)無明顯阻性電流和初始值相比應(yīng)無明顯 變化。當(dāng)阻性電流增加變化。當(dāng)阻性電流增加50%（與初始值比較（與初始值比較）時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮短監(jiān)測(cè)周期，當(dāng)）時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮短監(jiān)測(cè)周期，當(dāng)阻性電流增加阻性電流增加100%時(shí)

19、，時(shí)，必須停電檢查，進(jìn)行直流試驗(yàn)。必須停電檢查，進(jìn)行直流試驗(yàn)。l試驗(yàn)周期：試驗(yàn)周期：35kV及以上投運(yùn)及以上投運(yùn)3個(gè)月，以后個(gè)月，以后1年兩次，在每年兩次，在每個(gè)雷雨季節(jié)前后進(jìn)行本項(xiàng)目個(gè)雷雨季節(jié)前后進(jìn)行本項(xiàng)目l注意事項(xiàng)：記錄環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和運(yùn)行電壓，注注意事項(xiàng)：記錄環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和運(yùn)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(cè)量MOA 的全電流和阻性電流，由此判斷MOA 受潮和老化程度。測(cè)試注意事項(xiàng)測(cè)試注意事項(xiàng)1.1.記錄運(yùn)行電壓。記錄運(yùn)行電壓。 2.2.測(cè)量前先連接地線，測(cè)量測(cè)量前先連接地線，測(cè)量完最后拆接地線！如果接地完最后拆接地線！如果接地點(diǎn)有油漆或銹蝕必須清除干點(diǎn)有油漆或銹蝕必須清除干凈。凈。3.3.先將全電流信號(hào)線插頭插先將全電流信號(hào)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(cè)相測(cè)相MOA MOA 放電計(jì)數(shù)器上端。放電計(jì)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(jì)數(shù)器示數(shù)放電計(jì)