第六章--避雷器

1、第 六 章 避 雷 器,雷擊故障及防雷措施 電力避雷器分類 氧化鋅避雷器的運(yùn)行故障 典型避雷器產(chǎn)品,第一節(jié) 雷擊故障及防雷措施,雷害事故是架空送電線路最頻發(fā)的事故，我國歷年送電事故統(tǒng)計(jì)中，雷害事故平均約占60%以上。在雷曝日平均40日以上的多雷地區(qū)和強(qiáng)雷地區(qū)，雷害事故可達(dá)送電事故的70%以上。因此線路防雷工作在架空線路的安全運(yùn)行工作中是一項(xiàng)十分重要的工作。,一、概 述,（1）感應(yīng)雷 感應(yīng)雷是當(dāng)雷擊于線路附近地面時(shí)，在雷電放電的先導(dǎo)階段，先導(dǎo)路徑中充滿了電荷(例如負(fù)電荷)，它對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生了靜電感應(yīng)，在先導(dǎo)路徑附近的導(dǎo)線上積累了大量的異號(hào)束縛電荷(正電荷)。當(dāng)雷擊大地后，主放電開始，先導(dǎo)路徑中的電荷

2、自下而上被迅速中和，這時(shí)導(dǎo)線上的束縛電荷轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂呻姾?，向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)。由于主放電的速度很快，所以導(dǎo)線中的電流也很大，感應(yīng)電壓波(正極性)U=IZ就會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值。,二、線路遭受雷擊的形式及危害,1、線路遭受雷擊的形式,圖2-1感應(yīng)雷,由感應(yīng)雷形成的感應(yīng)過電壓數(shù)值常為100200kV，最大也不超過600kV。因此其對(duì)110kV以上線路的危害不大，但足以破壞35kV及以下的輸電線路。,（2）直擊雷 指帶電的雷云直接對(duì)架空線路的地線、桿塔頂或?qū)Ь€、絕緣子等放電，以波的形式分左右兩路前進(jìn)而引起直擊雷過電壓的現(xiàn)象。 直擊雷過電壓對(duì)于任何電壓等級(jí)的線路都是危險(xiǎn)的。 線路的雷電過電壓除雷擊桿頂之外，通常

3、還有三種情況：雷電擊于無避雷線的導(dǎo)線；雷電繞過避雷線擊于導(dǎo)線；雷擊于檔距中央附近的避雷線。,圖2-2直擊雷,雷電流的極性 根據(jù)觀測(cè)，有7590的雷電流是負(fù)極性的(即雷云帶負(fù)電荷)，故主要是研究負(fù)極性時(shí)的情況。 雷暴日 一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個(gè)雷暴日。雷暴日的多少與緯度有關(guān)，雷暴日也與地形有關(guān)。由于山地局部熱雷云的影響，雷電通常比平原多，相對(duì)比值約3:1。,2、雷擊對(duì)線路的危害 （1）絕緣子串閃絡(luò)，電源開關(guān)跳閘嚴(yán)重時(shí)引起絕緣子串炸裂或絕緣子串脫開形成永久性的接地故障。 （2）雷擊導(dǎo)線引起絕緣閃絡(luò)，造成單相接地或相間適中短路，其短路電流可能把導(dǎo)線、金具、接地引下線燒傷甚至燒斷。其燒傷的嚴(yán)重程度取

4、決于短路功率及其作用的持續(xù)時(shí)間。 （3）架空地線檔中落雷時(shí)，在與放電通道相連的那部分地線上，有可能灼傷、斷股、強(qiáng)度降低，以致斷地線。 （4）當(dāng)線路遭受雷擊時(shí)，由于導(dǎo)線、地線上的電壓很高，還可能把交叉跨越的間隙或者桿塔上的間隙擊穿。,圖2-3感應(yīng)雷雷擊跳閘時(shí)零質(zhì)絕緣子鋼帽炸裂照片,國家電網(wǎng)公司規(guī)定：各電壓等級(jí)線路的雷擊跳閘率在現(xiàn)階段應(yīng)力爭(zhēng)達(dá)到如下目標(biāo)： 110(60)kV:0.525次/100km.a; 220kV:0.315次/100km.a; 330kV:0.2次/100km.a; 500kV:0.14次/100km.a。 35kV線路暫時(shí)不考核雷擊跳閘率。,三、防雷保護(hù)措施,（1）避雷線防

5、止線路遭受直擊雷，引雷入地； （2）改善線路的接地或加強(qiáng)線路的絕緣保證地線遭雷擊后不引起間隙擊穿而使絕緣閃絡(luò)； （3）減小線路絕緣上的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度或采用中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)保證即使線路絕緣受沖擊發(fā)生閃絡(luò)，也不至于變?yōu)閮上喽搪坊蛱l。 （4）采用自動(dòng)重合閘或采用雙回路或環(huán)網(wǎng)供電保證即使線路跳閘也不至于中斷供電。,四道防線,1、架設(shè)避雷線 2、適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣 3、采用差絕緣方式 4、架設(shè)耦合地線 5、耦合地埋線 6、預(yù)放電棒與負(fù)角保護(hù)針(側(cè)向避雷針) 7、升高避雷線減小保護(hù)角 8、塔頂避雷針 9、裝設(shè)消雷器 10、加裝懸掛式避雷器,1982年，美國AEP和GE公司開發(fā)的線路避雷器，在138kV線

6、路上試用，在25基桿塔上共安裝了75只，這些桿塔的接地電阻都在100以上（最大達(dá)210）。這條線路原來跳閘率很高，一般年份都在23次/100kma左右，自安裝了線路避雷器后，其雷擊故障率大大降低。 1987年，日本開發(fā)的線路避雷器，在275kV線路上試運(yùn)行。1990年，開始在500kV同塔雙回線路的一回線上運(yùn)行，意在防止500kV同塔雙回線路的同時(shí)閃絡(luò)跳閘。據(jù)報(bào)道，到90年代中期，日本的線路型MOA總運(yùn)行等數(shù)又達(dá)35000支。都取得了良好的運(yùn)行效果。,實(shí)例,我國在江蘇省220kV諫奉線長(zhǎng)江大跨越段，應(yīng)用線路避雷器是一個(gè)典型的成功的例子。 該線路跨越塔高106m，原設(shè)計(jì)為單回路，后改成為雙回線路

7、，其頂端兩根避雷線改為運(yùn)行的相導(dǎo)線，成為無避雷線的雙回路跨江段。 這一段大跨塔的防雷措施只好采用避雷器，在2基高塔頂上兩相導(dǎo)線與橫擔(dān)之間安裝了日本日立公司生產(chǎn)的ZLA-X25C型MOA（這種避雷器具有0.5m串聯(lián)空氣間隙），從1989年5月到1996年11月之7年半的時(shí)間里，所裝4支避雷器共動(dòng)作6相次，而線路絕緣從未發(fā)生閃絡(luò)。 廣東也有安裝線路避雷器運(yùn)行良好的實(shí)例，例如在220kV韶郭線上安裝了16支線路避雷器，經(jīng)過兩個(gè)完整雷雨季節(jié)的考驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)#206桿避雷器動(dòng)作記數(shù)器有4次動(dòng)作記錄，而線路絕緣沒有發(fā)生雷擊閃絡(luò)跳閘。,注意：線路避雷器造價(jià)比較昂貴，500kV線路避雷器約為8.0萬元/相。而且線

8、路避雷器的運(yùn)行維護(hù)與檢修工作量很大。最有效的方法就是選擇經(jīng)常發(fā)生雷擊故障，土壤電阻率高、降低桿塔接地電阻有困難的線路段桿塔上安裝，可以有效降低線路的雷擊跳閘率。,第二節(jié) 避雷器的分類,避雷器，又叫做過電壓限制器，它的作用是把已侵人電力線、信號(hào)傳輸線的雷電高電壓限制在一定范圍之內(nèi)，保證用電設(shè)備不被高電壓沖擊擊穿。常用的避雷器種類繁多，但歸納起來可分為為四大類:(1)閥型;(2)放電間隙型;(3)高通濾波型;(4)半導(dǎo)體型。根據(jù)用途分為兩大類，即電力避雷器和電信避雷器。本章主要介紹電力避雷器和電信避雷器的基本工作原理、分類、應(yīng)用。,一 電力避雷器,1 避雷器的基本要求,電力避雷器： 用在電力輸配線

9、路上限制操作引起的內(nèi)部過電壓或雷電過電壓的裝置。,2 一般工作原理： 當(dāng)作用電壓超過電力避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器即先放電，限制了過電壓；放電體結(jié)束，絕緣強(qiáng)度能自己恢復(fù)，保證電力設(shè)備正常運(yùn)作。,防雷器在納秒內(nèi)導(dǎo)通，將脈沖電壓短路于地泄放，后又恢復(fù)為高阻狀態(tài)，從而不影響用戶設(shè)備的供電。,設(shè) 備,當(dāng)電網(wǎng)由于雷擊出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖電壓時(shí)，防雷器在納秒內(nèi)導(dǎo)通 。,例: 10kV變電所常見防雷保護(hù),6、電力避雷器按放電類型分類： 保護(hù)間隙，排氣式避雷器、閥型避雷器，氧化鋅避雷器。,輔助間隙的作用：為防止主間隙被外物短接而造成接地短路事故,主間隙采用角形， 使工頻續(xù)流電弧在自身電動(dòng)力和熱氣流的作用下，易于上升被

10、拉長(zhǎng)而自行熄滅。,1)、結(jié)構(gòu)：常見面形保護(hù)間隙避雷器,(1). 保護(hù)間隙,由主間隙和輔助間隙構(gòu)成。,等效電路,2)、應(yīng)用：常用于中性點(diǎn)不直接接地10KV 以下的配電網(wǎng)絡(luò)中，一般安裝在高壓熔斷器的內(nèi)側(cè)，以減少變電所線路斷器的跳閘次數(shù)。,主要不足點(diǎn)是強(qiáng)大的沖擊電流會(huì)造成三相變壓器的相間絕緣損壞。,1圓鋼； 2主間隙； 3輔助間隙； 4被保護(hù)物； 5保護(hù)間隙,由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙，外部間隙三部分組成，并密封在瓷管內(nèi)。 外部間隙的作用：使產(chǎn)氣管在正常運(yùn)作時(shí)隔離工作電壓和內(nèi)部電壓。 內(nèi)部間隙和產(chǎn)氣管共同作用：產(chǎn)生高壓氣體吹動(dòng)電弧，使工頻續(xù)流第一次過零時(shí)熄滅。,等效電路,主要不足點(diǎn)是強(qiáng)大的沖擊電流。伏秒特性

11、很陡，難以與保護(hù)對(duì)象理想配合。產(chǎn)生的過電壓危害電氣設(shè)備絕緣，一般不作為保護(hù)高壓電器設(shè)備的絕緣。,(2) 排氣式避雷器,1)、結(jié)構(gòu),(3) 閥型避雷器 1). 結(jié)構(gòu)： 由放電間隙和非線形電阻閥片組成，并密封在瓷管內(nèi)。 放電間隙是由若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)放電間隙（間隙電容）串聯(lián)而成，并聯(lián)一組均壓電阻，可提高間隙絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)能力。,非線形電阻閥片也是由許多單個(gè)閥片串聯(lián)而成.火花間隙由數(shù)個(gè)圓盤形的銅質(zhì)電極組成，每對(duì)間隙用0.51mm厚云母片(墊圈式)隔開。,單個(gè)火花間隙,閥電阻特性,閥片電阻的伏安特性曲線,等效電路,2)、應(yīng)用 目前常用的避雷器，主要分低壓（FS），高壓（FZ）兩種閥型避雷器，可根據(jù)輸電，配

12、電網(wǎng)絡(luò)的電壓大小靈活選擇使用。,間隙電容,均壓電阻,閥片電阻,(5) 復(fù)合磁吹閥型避雷器 主要用在超高壓系統(tǒng)的線路中。,與普通閥型避雷器基本相同，增加磁吹放電間隙并采用高溫閥片電阻，其滅弧性能和通流能力比閥型強(qiáng)。主要用在330KV以及超高壓變電所的電氣設(shè)備保護(hù)。,(4) 磁吹閥型避雷器,等效電路,閥片電阻,主火花間隙,輔助間隙,均壓電阻,磁吹線圈,等效電路,主間隙,并聯(lián)間隙,(6) 氧化鋅避雷器 1) 構(gòu)造 閥片由微小氧化鋅晶粒為主要材料，加入一些金屬氧化 粉 ，經(jīng)過加工成氧化鋅電阻片。,并聯(lián)間隙氧化鋅避雷器,串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器,氧化鋅電阻,全密封無間隙氧化鋅避雷器,伏安特性,2) 氧化鋅避

13、雷器特點(diǎn) 電阻片具有非線性，正常工作電壓下，只有微安級(jí)電阻性電流流過，避雷器的電阻非常大，泄漏電流非常?。辉谶^電壓時(shí)避雷器的電阻非常小，大電流泄得越快越好；殘壓低，動(dòng)作快，安全可靠。,圖2-27 復(fù)合外套ZnO避雷器整體結(jié)構(gòu)示意圖 1-硅橡膠裙套；2-金屬端頭；3-ZnO閥片 4-高分子填充材料；5-一環(huán)氧玻璃鋼芯棒； 6-吊環(huán)；7-環(huán)氧玻璃鋼筒；8-法蘭,圖2-28 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,目前國內(nèi)輸電線路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

14、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，35110kV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。,500kV變電站,與傳統(tǒng)的碳化硅避雷器相比。氧化鋅避雷器特點(diǎn)： (1)優(yōu)異的保護(hù)性能。MOA具有很好的非線性特性。 (2)大的通流能力。具有良好的吸收雷擊過電壓和暫態(tài)過電壓的能力。,(3)較高的運(yùn)行可靠性。正常的工作狀態(tài)下接近絕緣狀態(tài)，工頻續(xù)流僅為微安級(jí)，能量釋放快速恢復(fù)高阻狀態(tài)，運(yùn)行可靠性高，抗污穢能力強(qiáng)。,ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性曲線的比較,第二節(jié) 氧化鋅避雷器的運(yùn)行故障,氧化鋅避雷器在投人電網(wǎng)運(yùn)行后絕大多數(shù)運(yùn)行良好，但在運(yùn)行中也有損壞或爆炸的事故發(fā)生。電力部電科院的統(tǒng)計(jì)資料表明，國產(chǎn)高壓氧化鋅避雷器的全國平均事故率為0.286相/(百相年)，進(jìn)口高壓氧化鋅避雷器的全國平均事故率為0.34相/(百相年)。造成氧化鋅避雷器故障的主要原因有： (1)由于內(nèi)部受潮引起故障。 (2)氧化鋅閥片本身老化引起的故障。 (3)環(huán)境污穢引起避雷器損壞。 從多年的運(yùn)行事故調(diào)查中可知，避雷器事故大多發(fā)生在夏季南方濕熱和污穢地區(qū)。,1 避雷器的常見故障及處理,配電網(wǎng)線路避雷器,2 避雷器預(yù)防性試驗(yàn),避雷器投入運(yùn)行前應(yīng)做下列預(yù)防性試驗(yàn)。 (1)絕緣電阻試驗(yàn)。使用中的阻值應(yīng)大于2000M，非使用中的應(yīng)大于25