避雷器结构和试验

1、避雷器结构和试验主要内容主要内容n1、避雷器基本知识n2、避雷器的分类n3、各类避雷器的特点n4、金属氧化物避雷器（MOA）n5、氧化锌避雷器的主要电气参数 n6、评价氧化锌避雷器性能优劣的指标n7、产品型号说明n8、氧化锌避雷器试验n9、氧化锌避雷器带电测试n10、避雷器故障分析一、避雷器基本知识定义定义 能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量、保护电气设备免受瞬时过电压（雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击）危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置 。作用作用 当过电压出现时，避雷器两端子间的电压不超过规定值，使电气设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统迅速恢复正

2、常状态，以保证系统正常供电 。避雷器对过电压的保护作用：电力避雷器涉及的几个指标n（1）伏秒特性：指电压与时间的对应关系。n（2）工频续流：指雷电压或过电压放电结束后，但工频电压仍作用在避雷器上，使其流过的工频短路接地电流。n（3）绝缘强度自恢复能力：电气设备绝缘强度与时间的关系，即恢复到原来绝缘强度的快慢。n（4）避雷器的额定电压：把工频续流第一次过零后，间隙所能承受的，不至于引起电弧重燃的最大工频电压，又称电弧电压。（1）避雷器的伏秒特性的上限不得高于电气设备的伏特特性的下限。（2）要求避雷器间隙绝缘强度的恢复程度高于避雷器上恢复电压的增长程度。避雷器的伏秒特性避雷器的伏秒特性电气设备的最

3、高工频电压电气设备的最高工频电压电气设备的伏秒特性电气设备的伏秒特性绝缘强度恢复低于绝缘强度恢复低于绝缘强度恢复高于绝缘强度恢复高于避雷器恢复电压避雷器恢复电压工频电压工频电压对电力避雷器的基本要求二、避雷器的分类n保护间隙保护间隙n排气式避雷器排气式避雷器n阀式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器普通阀式避雷器磁吹式避雷器磁吹式避雷器n金属氧化物避雷器（金属氧化物避雷器（MOA）保护间隙保护间隙 保护间隙由两个间隙（即主间隙和辅助间隙）组成，常用的角型间隙与被保护设备并联的接线图如下。1圆钢；2主间隙；3辅助间隙；4被保护物；5保护间隙排气式避雷器排气式避雷器 也称管型避雷器，实质上是一种具有较高

4、熄弧能力的保护间隙。阀式避雷器阀式避雷器 阀式避雷器的基本元件为间隙和非线性电阻（又称阀片)串联。阀片电阻阀片电阻主火花间隙主火花间隙辅助间隙辅助间隙均压电阻均压电阻磁吹线圈磁吹线圈u保护间隙和排气式避雷器的缺点保护间隙和排气式避雷器的缺点u伏秒特性较陡且放电分散性大，而一般变压器伏秒特性较陡且放电分散性大，而一般变压器和其他设备绝缘的冲击放电特性较平，二者不和其他设备绝缘的冲击放电特性较平，二者不能很好配合。能很好配合。u动作后工作母线直接接地形成幅值很高的截波动作后工作母线直接接地形成幅值很高的截波，危及变压器纵绝缘。，危及变压器纵绝缘。u阀式避雷器的缺点阀式避雷器的缺点u普通型没有强迫熄

5、弧的措施，其阀片的热容量普通型没有强迫熄弧的措施，其阀片的热容量有限，不能承受较长时间的内过电压冲击电流有限，不能承受较长时间的内过电压冲击电流的作用。的作用。u磁吹型通流容量大，但是阀片电阻的非线性系磁吹型通流容量大，但是阀片电阻的非线性系数较高数较高三、各类避雷器的缺点三、各类避雷器的缺点四、金属氧化物避雷器（四、金属氧化物避雷器（MOA） 瓷套型复合型GIS型 其核心元件是ZnO阀片，氧化锌阀片具有很理想的非线性伏安特性。氧化锌避雷器的结构目前国内输变电设备保护主要采用金属氧化物避雷器(MOA)。氧化锌避雷器由一个或并联的两个非线性电阻片叠合圆柱构成。它根据电压等级由多节组成，35110

6、kV氧化锌是单节的，220kV氧化锌是两节的，500kV氧化锌是三节的，而750kV氧化锌则是四节的。安装在输电线路上的带有间隙的复合外套ZnO避雷器1-复合外套氧化锌避雷器本体 2-串联间隙环状电极3-固定间隙距离用的合成绝缘子4-线路绝缘子串氧化锌避雷器结构简图氧化锌（压敏）电阻片工作母线工作母线微观结构示意图等效电路图氧化锌避雷器阀片的伏安特性曲线氧化锌避雷器阀片的伏安特性曲线氧化锌避雷器的优点氧化锌避雷器的优点u保护性能优越残压保护性能优越残压低、相应时间快、陡低、相应时间快、陡波特性平坦波特性平坦u无续流，动作负载轻无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强，耐重复动作能力强u通流容量大通

7、流容量大u性能稳定，抗老化能性能稳定，抗老化能力强力强u结构简单，尺寸小，结构简单，尺寸小，易于批量生产，造价易于批量生产，造价低低ZnOZnO、SiCSiC和理想避雷器和理想避雷器伏安特性曲线的比较伏安特性曲线的比较五、氧化锌避雷器的主要电气参数五、氧化锌避雷器的主要电气参数额定电压额定电压（Ur） 施加到避雷器端子间的最大工频电压施加到避雷器端子间的最大工频电压有效值，按照此电压所设计的避雷器，能有效值，按照此电压所设计的避雷器，能在规定的动作负载试验中确定的暂时过电在规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地动作。压下正确地动作。持续运行电压持续运行电压（Uc）允许持久的施加在避雷器端

8、子间的工频允许持久的施加在避雷器端子间的工频电压有效值。该电压决定了避雷器长期工作电压有效值。该电压决定了避雷器长期工作的老化性能，即避雷器吸收过电压能量后温的老化性能，即避雷器吸收过电压能量后温度升高，在此电压下应能正常冷却，不发生度升高，在此电压下应能正常冷却，不发生热崩溃。热崩溃。持续运行电流持续运行电流（Ic） 指在持续运行电压下，流过避雷器的指在持续运行电压下，流过避雷器的电流，包含阻性电流分量和容性电流分量电流，包含阻性电流分量和容性电流分量，持续电流随温度的变化而变化，并受对，持续电流随温度的变化而变化，并受对地杂散电容的影响。地杂散电容的影响。起始动作电压（参考电压）起始动作电

9、压（参考电压）（Uref ） n直流参考电压（直流参考电压（Uref.dc） ：避雷器直流参考电流是避雷器直流参考电流是其伏安特性曲线拐点附近的某一电流值，其值大约为其伏安特性曲线拐点附近的某一电流值，其值大约为1mA。在直流参考电流下测出的避雷器的直流电压平均。在直流参考电流下测出的避雷器的直流电压平均值。直流值。直流1mA参考电压（参考电压（U1mA）值一般等于或大于避）值一般等于或大于避雷器的额定电压的峰值。雷器的额定电压的峰值。n工频参考电压（工频参考电压（Uref.ac） ：在避雷器通过工频参考在避雷器通过工频参考电流时测出的避雷器的工频电压最大值除以电流时测出的避雷器的工频电压最大

10、值除以 2。通常。通常Uref低于或接近于低于或接近于“拐点拐点”，高于，高于Ur。通流容量通流容量 它表示阀片耐受通过电流的能力，通它表示阀片耐受通过电流的能力，通常用短持续时间（常用短持续时间（4/10 s ）大冲击电流（）大冲击电流（10-65kA）作用）作用2次和长持续时间（次和长持续时间（0.5-3.2ms）近似方波电流（）近似方波电流（150-1500A）多次）多次作用表征。我国目前大多用通过作用表征。我国目前大多用通过2ms方波电方波电流值作为避雷器的通流容量。流值作为避雷器的通流容量。标称放电电流标称放电电流（In） 用来划分避雷器等级的、具有用来划分避雷器等级的、具有8/20

11、 s波形的波形的雷电冲击电流峰值。有雷电冲击电流峰值。有1.5、2.5、5、10、20kA五个等级，前三级分别与中性点、电机型避雷器五个等级，前三级分别与中性点、电机型避雷器、电容型避雷器等相对应，电站用避雷器一般用、电容型避雷器等相对应，电站用避雷器一般用后三个等级。后三个等级。残压（峰值）残压（峰值） 放电电流流过避雷器时其端子间出现放电电流流过避雷器时其端子间出现的电压峰值。的电压峰值。放电电流峰值（kA）波前时间/半峰时间（s）陡波冲击陡波冲击电流残压电流残压5，10，201/5雷电冲击雷电冲击电流残压电流残压5，10，208/20操作冲击操作冲击电流残压电流残压0.5，1，230/8

12、0六、评价氧化锌避雷器性能优劣的指标保护水平保护水平雷电冲击保护水平雷电冲击保护水平 陡波电流冲击下最大残压除以陡波电流冲击下最大残压除以1.151.15和雷电和雷电冲击最大残压两值中较大者为避雷器的雷电冲冲击最大残压两值中较大者为避雷器的雷电冲击保护水平击保护水平操作冲击保护水平操作冲击保护水平 避雷器的操作冲击保护水平是规定的操作避雷器的操作冲击保护水平是规定的操作电流冲击下最大残压电流冲击下最大残压压比压比 避雷器的保护性能一般以压比（避雷器的保护性能一般以压比（=避雷避雷器通过波形为器通过波形为8/20 s的标称冲击放电电流的标称冲击放电电流时的残压时的残压/起始动作电压起始动作电压）

13、来说明，压比越）来说明，压比越小，表示非线性越好，流过大电流时的残小，表示非线性越好，流过大电流时的残压越低，避雷器的保护性能越好。例如压越低，避雷器的保护性能越好。例如10kA下的下的压比为压比为U10kA/U1mA。目前产品的保。目前产品的保护比约为护比约为1.62.0。荷电率荷电率 它是氧化锌避雷器的最大持续运行电压峰它是氧化锌避雷器的最大持续运行电压峰值与起始动作电压的比值。荷电率越高说明避值与起始动作电压的比值。荷电率越高说明避雷器的稳定性越好，耐老化，能在靠近雷器的稳定性越好，耐老化，能在靠近“转折转折点点”长期工作。长期工作。)1 (.2mAdcUrefUc保护比保护比荷电率压比

14、值）最大持续运行电压（峰标称放电电流下的残压保护比七、产品型号说明 实例Y10W-420/958瓷套、标称放电电流瓷套、标称放电电流10kA、无间隙、（电站型、无间隙、（电站型）额定电压额定电压420kV、标称放电电流下残压、标称放电电流下残压958kVY5WZ-17/45瓷套、标称放电电流瓷套、标称放电电流5kA、无间隙、电站型、无间隙、电站型额定电压额定电压17kV、标称放电电流下残压、标称放电电流下残压45kVHY5WS2-17/50复合外套、标称放电电流复合外套、标称放电电流5kA、无间隙、配电、无间隙、配电型、产品设计序号型、产品设计序号2、额定电压、额定电压17kV、标称放电、标称

15、放电电流下残压电流下残压50kV八、氧化锌避雷器试验n红外热像检测n测量绝缘电阻n直流1mA参考电压及0.75 倍U1mA下泄漏电流n工频参考电流下的工频参考电压n底座绝缘电阻n放电计数器动作检查红外热像检测n测试仪器：红外热像仪n测试周期：1）新投运第1周 2）6个月n测试要求：用红外热像仪检测避雷器本体及电气连接部位，红外热像图显示应无异常温升、温差/或相对温差测量绝缘电阻判断标准：35kV以上电压：用5000V兆欧表，绝缘电阻不小于2500M；35kV及以下电压：用2500V兆欧表，绝缘电阻不小于1000M；低压（1kV以下）：用500V兆欧表，绝缘电阻不小于2M。试验周期：1）交接时2

16、）36年3）必要时注意事项：试验后对被试品和邻近试品放电。直流1mA参考电压及0.75 倍U1mA下泄漏电流试验目的：检查是否受潮或者是否劣化，确定其动作性能是否符合产品性能要求试验设备：高压直流发生器判断标准：U1mA实测值与出厂或初始值变化不大于5 0.75倍 U1mA下泄漏电流初值差30%或不大于50A试验周期：1）交接时2）36年3）必要时高压直流发生器设备图高压直流发生器设备图高压直流发生器接线示意图高压直流发生器接线示意图工频参考电流下的工频参考电压工频参考电流下的工频参考电压l试验目的：判断MOA阀片的老化、劣化程度l试验设备：阻性电流测试仪、试验变压器、分压器l判断标准：应符合

17、制造厂规定l注意事项：测量时的环境温度宜为2015 测量应每节单独进行，应尽量缩短工频参考电压的加压时间，应控制在10s以内 整相避雷器有一节不合格，应更换该节避雷器（或整相更换）底座绝缘电阻底座绝缘电阻判断标准：不低于5M试验周期：1）交接时 2）必要时说明：用2500V及以上兆欧表放电计数器动作检查放电计数器动作检查判断标准：测试3-5次，均应正常动作试验周期：1）交接时 2）必要时说明：带全电流在线测量的计数器交接时应进行精度检查，全电流测量的精度不低于1.0级。九、氧化锌避雷器带电测试九、氧化锌避雷器带电测试避雷器在线监测器、计数器避雷器在线监测器、计数器运行电压下的交流泄漏电流l试验

18、目的：全电流的变化可反映试验目的：全电流的变化可反映MOA的严重受潮、的严重受潮、 内部内部 元件接触不良、阀片严重老化，而阻性电流的变化对阀片元件接触不良、阀片严重老化，而阻性电流的变化对阀片的初期老化的反应更为灵敏。的初期老化的反应更为灵敏。l试验设备：试验设备：阻性电流测试仪（试验变压器、分压器）阻性电流测试仪（试验变压器、分压器）l判断标准：全电流、判断标准：全电流、阻性电流和初始值相比应无明显阻性电流和初始值相比应无明显 变化。当阻性电流增加变化。当阻性电流增加50%（与初始值比较（与初始值比较）时，应适当缩短监测周期，当）时，应适当缩短监测周期，当阻性电流增加阻性电流增加100%时

19、，时，必须停电检查，进行直流试验。必须停电检查，进行直流试验。l试验周期：试验周期：35kV及以上投运及以上投运3个月，以后个月，以后1年两次，在每年两次，在每个雷雨季节前后进行本项目个雷雨季节前后进行本项目l注意事项：记录环境温度、相对湿度和运行电压，注注意事项：记录环境温度、相对湿度和运行电压，注 意瓷套表面影响及相间干扰的影响。意瓷套表面影响及相间干扰的影响。AI-6103 ，主要目的是测量MOA 的全电流和阻性电流，由此判断MOA 受潮和老化程度。测试注意事项测试注意事项1.1.记录运行电压。记录运行电压。 2.2.测量前先连接地线，测量测量前先连接地线，测量完最后拆接地线！如果接地完最后拆接地线！如果接地点有油漆或锈蚀必须清除干点有油漆或锈蚀必须清除干净。净。3.3.先将全电流信号线插头插先将全电流信号线插头插入仪器，后将另一端夹子夹入仪器，后将另一端夹子夹到（或通过绝缘竿搭到）被到（或通过绝缘竿搭到）被测相测相MOA MOA 放电计数器上端。放电计数器上端。 记录显示屏上的记录显示屏上的Ix和和Irp，以及，以及放电计数器示数放电计