输电线路避雷器的基本原理与技术要求学习教案

1、会计学1输电输电(shdin)线路避雷器的基本原理与线路避雷器的基本原理与技术要求技术要求第一页，共44页。2交流输电线路用复合外套交流输电线路用复合外套(wito)金属氧化物避金属氧化物避雷器雷器为并联连接在线路绝缘子的两端，用于限制线路为并联连接在线路绝缘子的两端，用于限制线路上的雷电过电压及（或）操作过电压之用的复合外套上的雷电过电压及（或）操作过电压之用的复合外套(wito)金属氧化物避雷器（以下简称线路避雷器）金属氧化物避雷器（以下简称线路避雷器）。金属氧化物避雷器（压敏避雷器）是以氧化锌（金属氧化物避雷器（压敏避雷器）是以氧化锌（ZnO）基压敏电阻（非线性电阻）组成的。）基压敏电阻

2、（非线性电阻）组成的。1 1 定义定义(dngy)(dngy)和分类和分类定义定义(dngy)第2页/共44页第二页，共44页。3复合外套氧化锌避雷器是集合复合绝缘子与氧化复合外套氧化锌避雷器是集合复合绝缘子与氧化锌避雷器的优点而迅猛发展起来的。锌避雷器的优点而迅猛发展起来的。70年代发展起来年代发展起来的氧化锌避雷器，以其优异的氧化锌避雷器，以其优异(yuy)的非线性、大通流的非线性、大通流容量等优点，取代了当时大量使用的碳化硅避雷器；容量等优点，取代了当时大量使用的碳化硅避雷器；与之同时开发成功的复合绝缘子，其重量轻、耐与之同时开发成功的复合绝缘子，其重量轻、耐污性能好等优点为避雷器所利用

3、。污性能好等优点为避雷器所利用。发展发展(fzhn)过过程程第3页/共44页第三页，共44页。4自自1980年开始，国外提出了在线路年开始，国外提出了在线路(xinl)上上安装氧化锌避雷器来减少雷击故障的需求。美国和安装氧化锌避雷器来减少雷击故障的需求。美国和日本先后成功地将避雷器应用于线路日本先后成功地将避雷器应用于线路(xinl)上。上。我国从我国从1993年开始研制和应用线路年开始研制和应用线路(xinl)型型避雷器。避雷器。目前，复合外套氧化锌避雷器已在目前，复合外套氧化锌避雷器已在110kV至至500kV输电线路输电线路(xinl)上广泛应用。上广泛应用。第4页/共44页第四页，共4

4、4页。5线路线路(xinl)避避雷器雷器带串联带串联(chunlin)间隙线路避雷器间隙线路避雷器无间隙无间隙(jin x)线路线路避雷器（带脱离器避雷器（带脱离器）内间隙内间隙外间隙外间隙不带支撑件不带支撑件间隙（纯空间隙（纯空气间隙）气间隙）带支撑件间隙带支撑件间隙分类分类第5页/共44页第五页，共44页。6带绝缘支撑带绝缘支撑(zh chng)件间隙线路避雷器件间隙线路避雷器第6页/共44页第六页，共44页。7带脱离带脱离(tul)器的无间隙线路避雷器器的无间隙线路避雷器不带绝缘支撑件间隙线路不带绝缘支撑件间隙线路(xinl)避雷器避雷器（纯空气间隙线路（纯空气间隙线路(xinl)避雷器

5、）避雷器）第7页/共44页第七页，共44页。8其目的是在雷电过电压的情况下保护与之并联的绝缘其目的是在雷电过电压的情况下保护与之并联的绝缘子串，故串联间隙应仅在快波前过电压下击穿，而能承受子串，故串联间隙应仅在快波前过电压下击穿，而能承受各种各种( zhn)工频和系统中出现的缓波前过电压（操作工频和系统中出现的缓波前过电压（操作过电压）。过电压）。带串联带串联(chunlin)间隙金属氧间隙金属氧化物避雷器化物避雷器第8页/共44页第八页，共44页。9带 串 联 间带 串 联 间隙金属氧化物隙金属氧化物避雷器与绝缘避雷器与绝缘子串相并联，子串相并联，它由金属氧化它由金属氧化物避雷器本体物避雷器

6、本体(bnt)和串联和串联间隙两部分构间隙两部分构成。成。带串联带串联(chunlin)间隙金属氧化间隙金属氧化物避雷器物避雷器带串联间隙金属带串联间隙金属(jnsh)氧化物避雷器氧化物避雷器结构及安装示意图结构及安装示意图第9页/共44页第九页，共44页。10氧化锌避雷器的特性主要氧化锌避雷器的特性主要是由材料的非线性特性决定。是由材料的非线性特性决定。氧化锌元件的非线性特性氧化锌元件的非线性特性主要是由晶界层形成的，在低主要是由晶界层形成的，在低电 场 强 度 下 其 电 阻 率 为电 场 强 度 下 其 电 阻 率 为10101011Wm，而当电场强，而当电场强度达到度达到(d do)1

7、06107V/m时，其电阻率骤然下降进入低时，其电阻率骤然下降进入低电阻状态。电阻状态。2 2 原理原理(yunl)(yunl)非线性特性非线性特性(txng)圆饼状的氧化锌阀片圆饼状的氧化锌阀片第10页/共44页第十页，共44页。11氧化锌元件氧化锌元件(yunjin)的伏安特性可由下式表示：的伏安特性可由下式表示：其非线性系数其非线性系数a与电流密度有关，一般为与电流密度有关，一般为0.010.04，在大的雷电流下，在大的雷电流下，a也不大于也不大于0.1。 UCI氧化锌阀片与碳化硅阀片伏安氧化锌阀片与碳化硅阀片伏安(f n)特性比较特性比较 第11页/共44页第十一页，共44页。12 避

8、雷器的基本功能避雷器的基本功能 避雷器应具有以下四种机能：避雷器应具有以下四种机能：1）抑制过电压的机能；）抑制过电压的机能；2）冲击电流的通流机能；）冲击电流的通流机能；3）从瞬时接地状态下自我恢复性能）从瞬时接地状态下自我恢复性能(xngnng)（续流遮断性能（续流遮断性能(xngnng)）；）；4）不发生不必要的动作。）不发生不必要的动作。第12页/共44页第十二页，共44页。13避雷器的动作避雷器的动作(dngzu)原理图原理图 第13页/共44页第十三页，共44页。14 为什么在雷电过电压出现期间，流经避雷为什么在雷电过电压出现期间，流经避雷器的大电流没有造成线路保护器的大电流没有造

9、成线路保护(boh)动作？动作？ 电力系统工频周期为电力系统工频周期为20ms，继电保护的，继电保护的采样采样(ci yn)周期在周期在1ms左右。而雷电波的左右。而雷电波的半波长为半波长为10s数量级，即避雷器泄放电流的数量级，即避雷器泄放电流的过程相对继电保护的反应时间来说可忽略。过程相对继电保护的反应时间来说可忽略。 第14页/共44页第十四页，共44页。15线路线路(xinl)避雷器的保护避雷器的保护范围范围 利用利用ATP仿真仿真(fn zhn)软件，以软件，以5基基220kV线路线路为例：为例：#1#1#2#2#3#3#4#4#5#5#3#3已安装避雷器已安装避雷器仿真线路段仿真线

10、路段(l dun)示意图示意图 第15页/共44页第十五页，共44页。16 分两种情况来研究。分两种情况来研究。 1）#3杆塔（已装设避雷器）顶部遭受雷击后，相邻杆杆塔（已装设避雷器）顶部遭受雷击后，相邻杆塔是否有闪络风险。塔是否有闪络风险。 2）雷击点在）雷击点在#3和相邻杆塔（未装避雷器）之间的地线和相邻杆塔（未装避雷器）之间的地线上，相邻杆塔是否存在闪络风险。上，相邻杆塔是否存在闪络风险。 注：接地电阻为注：接地电阻为10W，档距取，档距取400m，其它具体参数见，其它具体参数见江西输电线路防雷技术深化江西输电线路防雷技术深化(shnhu)研究报告研究报告4 。第16页/共44页第十六页

11、，共44页。17 未装设避雷器时杆塔耐雷水平为未装设避雷器时杆塔耐雷水平为91kA，现在左右两，现在左右两相均加装避雷器的方式下，雷击相均加装避雷器的方式下，雷击#3杆塔顶部，随着雷电杆塔顶部，随着雷电流增加，计算结果如下：流增加，计算结果如下： 1）I=145kA时，虽然超过时，虽然超过#3杆塔耐雷水平，全线都杆塔耐雷水平，全线都不闪络。不闪络。 2）I=160kA时，相邻时，相邻#1闪络，闪络，#3、#2塔不闪络。塔不闪络。 3）I=167kA时，除时，除#3塔外，相邻塔都闪络，此时不塔外，相邻塔都闪络，此时不存在外延存在外延(wiyn)“保护范围保护范围”。第17页/共44页第十七页，共

12、44页。18 当雷击点在装设避雷器的当雷击点在装设避雷器的#3塔和相邻杆塔之间的塔和相邻杆塔之间的地线上时，从下表列出了邻塔发生闪络的反击闪络地线上时，从下表列出了邻塔发生闪络的反击闪络电流的变化。电流的变化。 可以看出：随着可以看出：随着(su zhe)落雷点离临塔越近，邻落雷点离临塔越近，邻塔反击闪络电流降低，说明本塔装有线路型避雷器塔反击闪络电流降低，说明本塔装有线路型避雷器对于相邻塔的雷击保护作用不明显，因此可以说本对于相邻塔的雷击保护作用不明显，因此可以说本塔装有避雷器并不能保护相邻塔。塔装有避雷器并不能保护相邻塔。落雷点距落雷点距#3#3距离距离(m)(m)0 0505010010

13、0150150200200400400（邻塔顶）（邻塔顶）邻塔反击闪络电流邻塔反击闪络电流(kA)(kA)1601601381381301301241241151159191第18页/共44页第十八页，共44页。19线路线路(xinl)避雷器的安装避雷器的安装相别相别1）110kV线路宜在三相均安装避雷器。线路宜在三相均安装避雷器。2）220kV线路接地线路接地(jid)电阻大于电阻大于10，或运，或运行经验证明反击故障为主的线路（段）宜在三相均安行经验证明反击故障为主的线路（段）宜在三相均安装避雷器；否则，单回路可仅在两边相安装，同塔双装避雷器；否则，单回路可仅在两边相安装，同塔双回路可仅在

14、两侧的上、中相安装。回路可仅在两侧的上、中相安装。3）500kV线路在接地线路在接地(jid)电阻不满足设计要电阻不满足设计要求时，应三相全部安装。否则，单回路可仅在两边相求时，应三相全部安装。否则，单回路可仅在两边相安装，同塔双回路可仅在两侧的上、中相安装。安装，同塔双回路可仅在两侧的上、中相安装。第19页/共44页第十九页，共44页。20其它其它(qt)注意事项注意事项 1）对于接地电阻很难降低的杆塔，可考虑加）对于接地电阻很难降低的杆塔，可考虑加装三相装三相(sn xin)线路避雷器。对于线路避雷器。对于220kV线路，安装线路，安装线路避雷器后，接地电阻要求满足线路避雷器后，接地电阻要

15、求满足20以下即可。以下即可。 2）安装线路避雷器的杆塔，可不须安装负角）安装线路避雷器的杆塔，可不须安装负角保护针。保护针。 第20页/共44页第二十页，共44页。21悬挂式安装时，应进行拉伸负荷试验：型式和抽悬挂式安装时，应进行拉伸负荷试验：型式和抽样试验取避雷器自重的样试验取避雷器自重的15倍，耐受倍，耐受60s不损坏。试验不损坏。试验前后避雷器本体局放变化不大于前后避雷器本体局放变化不大于10pC，局放量不大于，局放量不大于10pC，直流参考电压变化不大于，直流参考电压变化不大于5%。非悬挂式安装时，应进行抗弯负荷试验。非悬挂式安装时，应进行抗弯负荷试验。注：主要注：主要(zhyo)依

16、据依据JB/T 10497-2005，下同，下同。3 3 技术技术(jsh)(jsh)要求要求机械性能机械性能复合外套复合外套(wito)外观外观第21页/共44页第二十一页，共44页。22对避雷器应进行对避雷器应进行(jnxng)雷电冲击雷电冲击50%放电电放电电压试验和工频耐受电压试验，其试验值应与线路绝压试验和工频耐受电压试验，其试验值应与线路绝缘水平相配合，以保证避雷器在雷电过电压下放电缘水平相配合，以保证避雷器在雷电过电压下放电，而在工频过电压下不放电。典型推荐值见下表。，而在工频过电压下不放电。典型推荐值见下表。避雷器放电电压避雷器放电电压(diny)性能性能要求要求系统标称电压（

17、有系统标称电压（有效值）效值）工频耐受电压（有工频耐受电压（有效值）不小于效值）不小于雷电冲击雷电冲击50%放放电电压（峰值）电电压（峰值）不大于不大于1101855602203709605005671760第22页/共44页第二十二页，共44页。23避雷器的冲击伏秒特性曲线应比被保护避雷器的冲击伏秒特性曲线应比被保护(boh)的绝的绝缘子串的伏秒特性曲线至少低缘子串的伏秒特性曲线至少低10%。避雷器冲击避雷器冲击(chngj)伏秒特伏秒特性性避雷器本体的局部避雷器本体的局部(jb)放放电电不应大于不应大于10pC。第23页/共44页第二十三页，共44页。24避雷器本体避雷器本体(bnt)的残

18、压的残压省公司省公司2005年线路反措年线路反措7：避雷器与被保护：避雷器与被保护(boh)绝缘子的雷电冲击配合系数不得小于绝缘子的雷电冲击配合系数不得小于1.35。第24页/共44页第二十四页，共44页。25电流电流(dinli)冲击耐受冲击耐受避雷器本体应通过避雷器本体应通过2ms方波电流耐受试验方波电流耐受试验(shyn)、大电流冲击耐受试验、大电流冲击耐受试验(shyn)以及大电流以及大电流冲击负载试验冲击负载试验(shyn)。试验。试验(shyn)值如下表：值如下表： 系统标称电压有效值系统标称电压有效值(kV)2ms方波冲击电流值方波冲击电流值(A)大电流冲击耐受电流大电流冲击耐受

19、电流峰值峰值(kA)1104001002206001005001200100第25页/共44页第二十五页，共44页。264 4 选型选型避雷器型号避雷器型号(xngho)含义含义 第26页/共44页第二十六页，共44页。27结构结构(jigu)形式形式线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器。线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器。1）“架空输电线路差异化防雷工作指导意见架空输电线路差异化防雷工作指导意见”（国家电网生国家电网生2011500号）：线路避雷器宜选择带号）：线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器。串联间隙的避雷器。2）由于串联间隙的隔离作用，避雷器本体部分基）由于串联间隙的隔离作用，避雷器本体

20、部分基本不承担系统运行电压本不承担系统运行电压(diny)，可以不考虑长期运，可以不考虑长期运行电压行电压(diny)下的电老化问题，且本体部分的故障下的电老化问题，且本体部分的故障不会对线路运行产生隐患不会对线路运行产生隐患9。第27页/共44页第二十七页，共44页。28在直线塔上宜选择纯空气间隙避雷器，在耐张塔上宜在直线塔上宜选择纯空气间隙避雷器，在耐张塔上宜选择绝缘支撑间隙避雷器。选择绝缘支撑间隙避雷器。1）带绝缘支撑间隙避雷器结构的优点是间隙距离不受）带绝缘支撑间隙避雷器结构的优点是间隙距离不受风偏的影响，安装较容易。而空气间隙避雷器在大风作用下风偏的影响，安装较容易。而空气间隙避雷器

21、在大风作用下，间隙距离会发生变化，电极，间隙距离会发生变化，电极(dinj)形状必须制作成弧形形状必须制作成弧形，其优点是有间隙隔离系统运行电压，电阻片老化现象减轻，其优点是有间隙隔离系统运行电压，电阻片老化现象减轻10。第28页/共44页第二十八页，共44页。292）根据对湖南、华北电科院调研）根据对湖南、华北电科院调研(dio yn)，带，带绝缘支撑间隙避雷器的复合绝缘子本身有老化和维护绝缘支撑间隙避雷器的复合绝缘子本身有老化和维护的问题，故首选纯空气间隙避雷器。但由于纯空气间的问题，故首选纯空气间隙避雷器。但由于纯空气间隙避雷器在耐张塔上不便安装，故耐张塔选用带绝缘隙避雷器在耐张塔上不便

22、安装，故耐张塔选用带绝缘支撑间隙避雷器。支撑间隙避雷器。3）报告）报告11指出：带串联绝缘子间隙避雷器安装指出：带串联绝缘子间隙避雷器安装不需要外加支架，安装简单、方便；虽然带串联空气不需要外加支架，安装简单、方便；虽然带串联空气间隙避雷器有可靠性高、寿命长的优点，但是安装很间隙避雷器有可靠性高、寿命长的优点，但是安装很复杂（加装支架且应沿导线方向伸出），对于在耐张复杂（加装支架且应沿导线方向伸出），对于在耐张塔和特殊塔形安装非常困难。塔和特殊塔形安装非常困难。第29页/共44页第二十九页，共44页。30额定电压额定电压(diny)、标称放、标称放电电流电电流110kV、220kV和和500k

23、V线路避雷器的额定电压线路避雷器的额定电压(diny)分别建议选择分别建议选择102kV、192kV和和396kV；110kV、220kV标称放电电流建议选择标称放电电流建议选择10kA，500kV选择选择10kA或或20kA。1）避雷器额定电压）避雷器额定电压(diny)是施加到避雷器端子间的是施加到避雷器端子间的最大运行工频电压最大运行工频电压(diny)有效值，选择避雷器额定电压有效值，选择避雷器额定电压(diny)时，仅考虑单相接地、甩负荷和长线电容效应引起时，仅考虑单相接地、甩负荷和长线电容效应引起的暂时过电压的暂时过电压(diny)。第30页/共44页第三十页，共44页。312）行

24、标）行标1对带间隙避雷器额定电压的推荐值和华对带间隙避雷器额定电压的推荐值和华北公司北公司(n s)企标推荐值如下表：企标推荐值如下表： 电压等级电压等级DL/T 815-20021华北公司企标华北公司企标12110kV90102102220kV180204192500kV396396第31页/共44页第三十一页，共44页。323）华北公司企标对标称放电电流的推荐值为）华北公司企标对标称放电电流的推荐值为10kA。4）雷电冲击电流残压根据）雷电冲击电流残压根据(gnj)额定电压和标额定电压和标称放电电流推荐值在称放电电流推荐值在DL/T 815-20021表表3中查得。中查得。 第32页/共4

25、4页第三十二页，共44页。33间隙间隙(jin x)距离距离按如下按如下2个原则确定串联间隙长度：个原则确定串联间隙长度：1）线路）线路(xinl)避雷器串联间隙距离应足够大，能承避雷器串联间隙距离应足够大，能承受避雷器所安装线路受避雷器所安装线路(xinl)系统最大过电压。系统最大过电压。2）线路）线路(xinl)避雷器串联间隙距离应足够小，使得避雷器串联间隙距离应足够小，使得雷击杆塔时线路雷击杆塔时线路(xinl)避雷器能在绝缘子串闪络之前动作避雷器能在绝缘子串闪络之前动作。第33页/共44页第三十三页，共44页。34方法：方法：1）测试串联空气间隙）测试串联空气间隙U50、绝缘子放电电压

26、、绝缘子放电电压U50，满足给定冲击配合系数满足给定冲击配合系数(xsh)条件下，确定串联空气间条件下，确定串联空气间隙距离。隙距离。2）进一步试验验证选定间隙与绝缘子串的伏秒特性）进一步试验验证选定间隙与绝缘子串的伏秒特性是否配合良好。是否配合良好。3）进行外串间隙氧化锌避雷器的工频耐受试验，验）进行外串间隙氧化锌避雷器的工频耐受试验，验证是否大于系统的最大工频过电压。证是否大于系统的最大工频过电压。第34页/共44页第三十四页，共44页。35计算方法：计算方法：绝缘子串绝缘子串U50%计算方法（计算方法（IEC推荐公式）。推荐公式）。其中其中Us-t为伏秒特性绝缘子闪络电压为伏秒特性绝缘子

27、闪络电压(kV)；L为为绝缘子串长度绝缘子串长度(m)；t为从雷击开始到闪络所经历的为从雷击开始到闪络所经历的时间时间(s)。在缺少实际试验数据的情况下，对于。在缺少实际试验数据的情况下，对于(duy)瓷绝缘子可取瓷绝缘子可取t=10s对应的闪络电压值作为对应的闪络电压值作为该绝缘串的该绝缘串的U50%。第35页/共44页第三十五页，共44页。36由于氧化锌非线性电阻的影响，线路避雷器（由于氧化锌非线性电阻的影响，线路避雷器（包括氧化锌阀片本体和串联外间隙）的包括氧化锌阀片本体和串联外间隙）的50%雷电冲雷电冲击放电电压比空气击放电电压比空气(kngq)外间隙的数值高。线路外间隙的数值高。线路

28、避雷器避雷器50%雷电冲击放电电压可这样粗略估算：即雷电冲击放电电压可这样粗略估算：即线路避雷器线路避雷器50%雷电冲击放电电压约等于氧化锌阀雷电冲击放电电压约等于氧化锌阀片本体的直流片本体的直流1mA电压与串联外间隙的电压与串联外间隙的50%雷电冲雷电冲击放电电压之和击放电电压之和15。该值由生产厂家提供。该值由生产厂家提供。冲击配合系数冲击配合系数 = 绝缘子串绝缘子串U50%/线路避雷器线路避雷器U50%第36页/共44页第三十六页，共44页。37浙江公司浙江公司(n s)14、浙江永德、浙江永德3给出的参考值给出的参考值如下：如下： 系统标称系统标称电压电压(kV)纯空气间隙纯空气间隙

29、(mm)绝缘支撑间隙绝缘支撑间隙(mm)浙江公司浙江公司杭州永德杭州永德浙江公司浙江公司杭州永德杭州永德110430204004804801048022084030820880980108205001200150第37页/共44页第三十七页，共44页。38以下参考华北公司以下参考华北公司12、浙江公司、浙江公司14企业标准：企业标准：1）建立台账、运行记录并密切加以监视，雷雨季节）建立台账、运行记录并密切加以监视，雷雨季节及时记录雷击动作情况；同时还应建立必要的检修及时记录雷击动作情况；同时还应建立必要的检修(jinxi)、试验、轮换制度，确保装置运行的可靠性。、试验、轮换制度，确保装置运行的

30、可靠性。2）结合线路检修）结合线路检修(jinxi)进行的运行维护工作包括进行的运行维护工作包括：避雷器本体外观目测；串联间隙、上下电极测量和检避雷器本体外观目测；串联间隙、上下电极测量和检查；高压电极和接地端连线检查；连接件检查；检查、记录查；高压电极和接地端连线检查；连接件检查；检查、记录计数器动作次数；检查在线或离线监测装置。计数器动作次数；检查在线或离线监测装置。5 5 运行运行(ynxng)(ynxng)维护要求维护要求第38页/共44页第三十八页，共44页。393）运行）运行5年后的线路避雷器应进行抽样试验年后的线路避雷器应进行抽样试验，抽样比例可按，抽样比例可按3-5%（至少（至

31、少1支）抽取，抽样避雷支）抽取，抽样避雷器应进行局部放电试验，如抽样避雷器试验不满足器应进行局部放电试验，如抽样避雷器试验不满足要求，要求对同批次避雷器加大抽样比例，如仍出要求，要求对同批次避雷器加大抽样比例，如仍出现一支不合格，应对同批次避雷器全部进行试验，现一支不合格，应对同批次避雷器全部进行试验，确定是否能够确定是否能够(nnggu)继续运行。继续运行。4）动作）动作20次及以上的避雷器应进行直流试验次及以上的避雷器应进行直流试验，试验不合格应退出运行。，试验不合格应退出运行。5 5 运行运行(ynxng)(ynxng)维护要求维护要求第39页/共44页第三十九页，共44页。401DL/T 815-2002 交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器S，20022解广润解广润 主编电力系统过电压主编电力系统过电压M水利电力出版社，水利电力出版社，1985335220kV线路型金属氧化物避雷器线路型金属氧化物避雷器R杭州永德电气杭州永德电气(dinq)有限公司，有限公司，20114江西输电线路防雷技术深化研究江西输电线路防雷技术深化研究R江西省电力科学研究院，江西省电力科学研究院，20125IEC 60099-8 2011 Surge arrestersP