氧化鋅避雷器試驗報告4

氧化鋅避雷器試驗報告4

安徽翔龍電力安裝工程有限公司··············電氣檢測中心

第二篇：氧化鋅避雷器的綜述報告7400字氧化鋅避雷器的綜述報告一．國內(nèi)外研究動態(tài)1.1概述自從19xx年日本發(fā)現(xiàn)氧化鋅壓敏特性以來,具有優(yōu)異非線性伏安特性的金屬氧化物電阻片及金屬氧化物避雷器迅速發(fā)展，在全球低壓、高壓及超高壓領域的應用日益廣泛。近年來又不斷呈現(xiàn)新的特點。1.2國外發(fā)展動態(tài)1.2.1日本：最早研究與開發(fā)，發(fā)展較快又具特色。日本在避雷器開發(fā)方面具有以下幾點：1)高梯度電阻片的開發(fā)首先研究開發(fā)出高梯度電阻片為上世紀九十年代中期。其梯度為400V／mm約是通常電阻片的兩倍，近年來研究已達600V／mm。這種高梯度電阻片，開始主要用于金屬封閉避雷器和油浸避雷器中，隨后用于所有的避雷器產(chǎn)品。第一臺使用高梯度電阻片的154kV金屬封閉避雷器運行已超過六年，到目前采用高梯度電阻片的避雷器業(yè)已超過5000相，運行情況正常。2)線路避雷器的開發(fā)據(jù)介紹，在日本輸電線路的電氣故障超過半數(shù)是由于雷電引起的。為了降低雷電災害，采取了多種對策，如降低接地電阻、架設保護線、保護角減小等等。利用金屬氧化物避雷器保護線路。于19xx年開始，用在66kV和77kV系統(tǒng)目前已發(fā)展至500kV線路。線路避雷器絕大部分有間隙，電壓等級集中在66kV和77kV系統(tǒng)。近幾年的發(fā)展表明，66-154kV線路安裝仍然較多，產(chǎn)品是小型化后的輕便型，便于安裝，也減低了成本。鐵塔單方向全裝的情況為多，這種緊湊結構的輕便線路避雷器值得我們研究、借鑒。通過計數(shù)器來統(tǒng)計發(fā)生故障的情況觀察了1903處桿塔、安裝線路避雷器后，證明有97％的保護效果；另外，觀察到53起安裝了線路避雷器仍然發(fā)生閃絡的情況，表明是避雷器的串聯(lián)間隙與絕緣子安裝的保護間隙絕緣配合不當。其中，還有一起避雷器損壞事故。緊湊型避雷器得到迅速發(fā)展。通過13處桿塔20相避雷器的觀察66kV線路19xx年到20xx年3年的對比，未安裝避雷器兩條線路發(fā)生閃絡12起，而安裝避雷器兩條線路只發(fā)生閃絡5起，其中一條線路未發(fā)生閃絡。1.2.2俄羅斯：世界上具有最高電壓等級的國家，1150kV線路于I977年初試運行。俄羅斯一方面是利用復合金屬氧化物避雷器及復合絕緣子的特點，開展了緊湊型線路方面的研究。再者其電阻片制造技術較一般，避雷器均采用電阻片并聯(lián)，其對電阻片并聯(lián)、避雷器電位分布及污穢性能等都很有研究。也正是由于后者，為我國制造商提供了不少商機。1.2.3英國:由Tyco公司開發(fā)了系列多柱(四柱)并聯(lián)的避雷器。英國這種系列并聯(lián)避雷器具有一系列通常單柱或多柱所不具有的電氣和機械性能，其獨特的幾何一體化結構帶來得均壓作用，不需要象平常的避雷器那樣專門考慮用均壓環(huán)來調整電位分布。超過1O年在高壓／超高壓系統(tǒng)可靠的運行經(jīng)驗，證明了該系列并聯(lián)避雷器的設計思路是可行的。雖然，其與常規(guī)的，包括IEC所推薦的思路有明顯的不同。該產(chǎn)品與瓷套型以及非一體化的復合外套避雷器之間。以兩種不同的方法或角度，電場分布非常接近。熱等效模型試驗證明其內(nèi)部的容性和阻性電流也有明顯的優(yōu)勢。經(jīng)長期運行實踐的考驗，結果顯示電阻片也沒有老化的情況。從英國所作的工作來看，對于我國將來開發(fā)發(fā)展特高壓避雷器還是具有參考意義的。1.2.4其他國家和地區(qū)概況德國(siemens)、瑞士(ABB)、芬蘭等國家及公司進行了復合外套避雷器長期性能研究和探討：包括避雷器的污穢性能、外絕緣的長期性能、密封性能等，也包括5000h的循環(huán)試驗。瑞典(ABB)與荷蘭(KEMA)對復合外套避雷器的短路試驗進行了研究，分析了短路電流預期故障模式。試驗中試品的預處理，試驗條件及試驗方法等，對IEC標準建議的短路試驗也進行了分析，并提出了相應的建議。1.3國內(nèi)發(fā)展動態(tài)國內(nèi)專家關注氧化鋅壓敏特性也是在上世紀六十年代末期，七十年代進行了大量的科研基礎工作，至八十年代末期前后兩次“兩部”避雷器運行調查，金屬氧化物避雷器全面取代碳化硅避雷器已成定局。金屬氧化物避雷器經(jīng)兩部鑒定為八十年代中期世界先進水平。之后，國內(nèi)金屬氧化物避雷器制造業(yè)迅猛發(fā)展，可以用雨后春筍來形容。國內(nèi)產(chǎn)品完全占領了國內(nèi)市場，一些優(yōu)秀企業(yè)走向了世界。九十年代中后期，線路避雷器快速發(fā)展。19xx年第一臺500kV線路金屬氧化物避雷器掛網(wǎng)運行(國內(nèi)第一臺220kV線路避雷器于19xx年用于鎮(zhèn)江大跨距過江鐵塔瓷套型始裝于鐵塔的一個平臺上)。如今，750kV金屬氧化物避雷器投入運行。當然，我們還有一些不成熟的地方：1)在電阻片研究方面雖然作了多年的工作，目前來看效果不太明顯特別是在高梯度研究方面。雖有曙光再現(xiàn)，又無明顯突破；2)國內(nèi)的無序競爭，行業(yè)監(jiān)管束手無策，加之外資的涌入，唯一的出路只有靠與國際接軌，積極迎戰(zhàn)國際競爭；3)在線路避雷器開發(fā)方面，對線路的雷電過電壓研究方面不夠深入，對線路避雷器的額定值的選取、避雷器能量吸收等的確定有待研究，一些參數(shù)的不當選擇可能使避雷器太笨重，不利于實際安裝使用、影響推廣。這方面可多參考日本和俄羅斯的研究工作，進一步再開展一些基礎研究，增強線路避雷器開發(fā)、運行的效果；4)對于復合外套金屬氧化物避雷器，其長期性能應是大家比較關注的問題。例如我國自然條件復雜：南方有臺風，北方有沙塵暴。因此，國內(nèi)在完善試驗研究條件，參考IEC標準開展一些研究工作(如5000h)的同時，建議積聚行業(yè)的力量。在國內(nèi)典型的地域比如高原、東南沿海，西北、東北、電氣化鐵道隧道等情況，建立長期的自然老化、污穢站、對典型的復合外套避雷器絕緣子等開展研究，這樣就可以提高行業(yè)在國際上的威望。使國內(nèi)的企業(yè)在國際上具有較強的競爭力。二.基本原理和結構2.1氧化鋅避雷器工作原理2.1.1避雷器的作用避雷器的作用是限制過電壓以保護電氣設備。避雷器就是在線路或設備上人為地制造絕緣薄弱點即間隙裝置，間隙的擊穿電壓比線路或設備的雷電沖擊絕緣水平低，在正常運行電壓下間隙處于隔離絕緣狀態(tài)，在過電壓下間隙被擊穿接地，放電降壓起到保護線路或設備絕緣的作用。2.1.2氧化鋅避雷器工作原理圖1.ZnO避雷器的伏安特性氧化鋅避雷器是世界公認的當代最先進防雷電器。其結構為將若干片ZnO閥片壓緊密封在避雷器瓷套內(nèi)。ZnO閥片具有非常優(yōu)異的非線性特性，在較高電壓下電阻非常小，可以泄放大量雷電流，殘壓很低，在電網(wǎng)運行電壓下電阻很大，泄漏電流只有50—150μA，電流很小，可視為無工頻續(xù)流，這就是可以做成無間隙氧化鋅避雷器的原因。它對陡坡和雷電幅值同樣有限壓作用，防雷保護功能完全是其突出優(yōu)點。在我國先生產(chǎn)使用的正是無間隙氧化鋅避雷器，運行實踐表明，它有損壞爆炸率高，使用壽命短等缺點。究其原因，暫態(tài)過電壓承受能力差是其致命弱點。而串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器仍有無間隙氧化鋅避雷器的保護性能優(yōu)點，同時有暫態(tài)過電壓承受能力強的特點，是一種理想的揚長避短的產(chǎn)品，結合我國國情可在3—35kV系統(tǒng)串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。2.1.3線路氧化鋅避雷器防雷的基本原理雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流經(jīng)桿塔流人大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。雷擊桿塔時塔頂電位迅速提高，其電位值為Ut=iRd+Ldi／dt式中i—雷電流；Rd—沖擊接地電阻；Ldi／dt—暫態(tài)分量。當塔頂電位ut與導線上的感應電位U1的差值超過絕緣子串5O％的放電電壓(uso)時，將發(fā)生由塔頂至導線的閃絡。即Ut—U1>U50，如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響，則為Ut—U1+Urn>U50。因此．線路的耐雷水平與3個重要因素有關，即線路絕緣子的50％放電電壓、雷電流強度和塔體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50％放電電壓是一定的，雷電流強度與地理位置和大氣條件相關，不加裝避雷器時。提高輸電線路耐雷水平往往是采用降低塔體的接地電阻。在山區(qū)，降低接地電阻是非常困難的，這也是為什么輸電線路屢遭雷擊的原因。加裝氧化鋅避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳人相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應作用，將分別在導線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡。因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。以往輸電線路防雷主要采用降低塔體接地電阻的方法，在平原地帶相對較容易，對于山區(qū)桿塔，則往往在4個塔腳部位采用較長的輻射地線或打深并加降阻劑。以增加地線與土壤的接觸面積降低電阻率，在工頻狀態(tài)下接地電阻會有所下降。但遭受雷擊時，因接地線過長會有較大的附加電感值，雷電過電壓的暫態(tài)分量Ldi／dt會加在塔體電位上，使塔頂電位大大提高，更容易造成塔體與絕緣子串的閃絡，反而使線路的耐雷水平下降，因為線路避雷器具有鉗電位作用。對接地電阻要求不太嚴格，對山區(qū)線路防雷比較容易實現(xiàn)，實踐證明加裝線路避雷器對防雷效果是十分明顯的。2.2線路氧化鋅避雷器的結構目前的線路氧化鋅避雷器分為無間隙帶脫離器結構及帶串聯(lián)間隙結構兩種。2.2.1無間隙帶脫離器結構氧化鋅避雷器圖2.無間隙帶脫離器氧化鋅避雷器圖2為無間隙帶脫離器的結構。避雷器通過高壓接線夾接在高壓線上，下接脫離器，脫離器與地之間用軟電纜連接，避免脫離器受力，中間用接地絕緣子過渡固定，并接監(jiān)測器。當避雷器發(fā)生故障時，脫離器用來將避雷器與系統(tǒng)脫離，以防系統(tǒng)發(fā)生永久性故障,并給出故障避雷器的明顯指示。正常運行狀態(tài)下和電站型沒有太大差別，受污穢影響較小，在正常運行中長期荷電，維修和監(jiān)測工作量較大。2.2.2帶串聯(lián)間隙結構氧化鋅避雷器圖3.帶串聯(lián)間隙結構氧化鋅避雷器分為純空間間隙和復合絕緣子固定間隙兩種，其結構如圖3。復合絕緣子固定間隙結構即是把兩個環(huán)狀間隙用一段復合絕緣子固定，并與避雷器本體串聯(lián)。優(yōu)點是間隙與避雷器本體形成一個整體，可方便地以任何角度安裝在不同桿塔上，維護和更換較為方便。避雷器本體與高壓導線用間隙隔離，正常運行中基本不荷電，阻性電流和功率損耗極小，避雷器電阻片不存在老化問題，有利于延長避雷器的壽命，安裝、維護方便。純空間間隙結構則彌補了無間隙避雷器正常運行中長期荷電和復合絕緣子固定間隙結構受污穢影響較大的缺陷，安裝難度較大。三．關鍵技術與特點3.1氧化鋅避雷器的關鍵技術3.1.1氧化鋅避雷器運行中出現(xiàn)的問題據(jù)資料從氧化鋅避雷器運行在110KV母線上發(fā)生的事故來看，均為氧化鋅避雷器本體爆炸，其運行壽命最長達110個月。最短的僅有11個月，從運行時間上、安裝的環(huán)境、氣候、及生產(chǎn)廠，對損壞的氧化鋅避雷器進行技術分析。造成氧化鋅避雷器運行中爆炸的原因可歸納如下幾項：（1）氧化鋅避雷器的密封問題：氧化鋅避雷器密封老化問題，主要是生產(chǎn)廠采用的密封技術不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定。在溫差變化較大時或運行時間接近產(chǎn)品壽命后期，造成其密封不良而后使潮氣浸入，造成內(nèi)部絕緣損壞，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。（2）電阻片抗老化性能差：在氧化鋅避雷器運行在其產(chǎn)品壽命的后期，電阻片劣化造成泄漏電流上升，甚至造成與瓷套內(nèi)部放電，放電嚴重時避雷器內(nèi)部氣體壓力和溫度急劇增高，而引起氧化鋅避雷器本體爆炸，內(nèi)部放電不太嚴重時可引起系統(tǒng)單相接地。3.1.2解決氧化鋅避雷器運行問題的關鍵技術措施針對氧化鋅避雷器幾次事故分析的結論，要保證氧化鋅避雷器在電網(wǎng)上安全可靠運行，應采取以下措施：（1）設計選型在設計選型上，應首選有多年穩(wěn)定運行實踐的產(chǎn)品，在選擇生產(chǎn)廠時，應選擇有先進的工藝設備和完善的檢測手段的生產(chǎn)廠，才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運行。（2）防污措施采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油。在氧化鋅避雷器選型上選用防污瓷套型的氧化鋅避雷器。（3）技術管理加強對氧化鋅避雷器的技術管理工作，即對運行在電網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監(jiān)測儀的運行記錄均要存人技術檔案，直至該避雷器退出運行。據(jù)國外有關技術資料統(tǒng)計，氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電和操作過電壓，受潮、污閃、系統(tǒng)條件、本身故障等，但仍有一定比例損壞的原因不詳，故仍有其在運行中對事故原因不明確的問題。又因氧化鋅避雷器的劣化速度的離散性，及雷電、操作過電壓、諧波、運行環(huán)境等的隨機性，都決定著氧化鋅避雷器的安全運行的可靠性，故需在今后的工作實踐中去研究、實驗、探索和總結，以使得其在運行中的不安全因素可得以預防和完善。3.2氧化鋅避雷器的特點3.2.1氧化鋅避雷器優(yōu)點(1)具有完全的防雷功能，即對雷電陡波和雷電幅值同樣有限壓保護作用；(2)防雷保護作用不會造成電力網(wǎng)接地故障或相間短路故障；(3)防雷保護作用不應有短路電流或工頻續(xù)流等工頻能源浪費；(4)動作特性應具有長期運行穩(wěn)定性，免受暫態(tài)過電壓危害；(5)具有連續(xù)雷電沖擊保護能力；(6)有較小的外形尺寸，小型化輕量化更便于室內(nèi)手車柜使用；(7)具有20年以上使用壽命；(8)能附帶脫離器監(jiān)察運行工況，當其失效時自動退出運行。3.2.2氧化鋅避雷器缺點氧化鋅避雷器的損壞主要是爆炸和老化。老化引起的損壞極少，而爆炸事故時有發(fā)生，且事故率很高，嚴重影響系統(tǒng)供電。僅以19xx年統(tǒng)計，運行35kv及以上的避雷器共1910相，預試中發(fā)現(xiàn)損壞的48相，運行中發(fā)生損壞的有15相，共發(fā)現(xiàn)損壞的避雷器63相(其中國產(chǎn)55相，進口8相)，損壞率為3.3％。爆炸事故的特點有：①既有大型骨干廠生產(chǎn)的也有小廠生產(chǎn)的：②既有國產(chǎn)的也有進口；③既有發(fā)生在雷雨天，也有發(fā)生在晴天的；④既有發(fā)生在操作時，也有發(fā)生在無操作時的；⑤既有發(fā)生在中性點非直接接地系統(tǒng)的，也有發(fā)生在中性點直接接地系統(tǒng)的。從各方面調查的分析表明，氧化鋅避雷器爆炸事故原因69％為制造質量問題。25％為運行不當，6％為選型不當而造成的。而內(nèi)部受潮直接影響產(chǎn)品質量，是引起氧化鋅避雷器爆炸事故的主要原因。四.結論與展望4.1展望未來20年，世界范圍內(nèi)化石類礦物燃料仍為世界主要能源(約占80%)。圍繞著以高效、節(jié)能、環(huán)保為主題，提高能源利用效率，保護生態(tài)環(huán)境和發(fā)展適應各類現(xiàn)代技術市場需求的新型輸變(配)電裝備，都將是電力能源裝備之一的高壓電氣設備的技術發(fā)展趨勢。我國電力設備將來會朝著一下方向發(fā)展：*超特高壓、大容量技術與裝備研制超、特高壓電氣設備是目前電氣設備制造業(yè)的迫切任務。*小型化、緊湊型設備通過產(chǎn)品優(yōu)化設計、元件小型化、功能復合集成及新技術的應用等技術措施，使產(chǎn)品結構緊湊，體積縮小，實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，節(jié)能、減材、低耗。同時，也減少了設備占地面積。*環(huán)境適應性、協(xié)調和保護類設備環(huán)境保護問題已成為全社會普遍關注的問題，產(chǎn)品不僅要可靠運行，還要同四周環(huán)境配合、協(xié)調一致，盡量減少或不對環(huán)境產(chǎn)生影響，包括空氣污染、電磁污染和噪聲污染等。*高可靠、少(免)維護設備高可靠、少(免)維護是保證電力系統(tǒng)及其電氣設備與人身安全，提高供電質量及效率的重要保證。*智能化技術裝置電氣裝備的智能化就是進行電器設備二次技術現(xiàn)代化。實現(xiàn)一、二次融合不僅可對電氣設備進行在線檢測、運行狀態(tài)監(jiān)視、分析判斷、控制和保護，還可實現(xiàn)設備的智能(受控)操作等。不僅要開發(fā)智能化單元，還要開發(fā)適合智能測