金属氧化物避雷器原理结构选型试验.ppt

1、避雷器及其试验，主要内容，1)避雷器的特性，2)避雷器的作用和选择原则，3)避雷器试验，避雷器的研制过程，阀板的微观结构，1)氧化锌颗粒，平均直径约10 m，电阻率约110欧姆/平方厘米，是由氧化铋组成的晶间层，厚度约0.1 m。晶界层的电阻率为1013-1000，3)是分散在晶间层中直径约3 m的尖晶石Zn1Sb2O11，尖晶石有人们普遍认为，由于在晶粒和晶间层之间形成势垒，阀板具有很强的非线性。氧化锌阀板主要由氧化锌制成，用锑、铋、锰、铬等金属氧化物烧制而成。当施加较低的电压时，晶界层近似绝缘，电压几乎施加到晶界层，流过避雷器的电流只有微安量级；当电压升高时，晶界层从高阻变为低阻，流经它的

2、电流急剧增加。避雷器、金属氧化物避雷器的特性、金属氧化物避雷器的参数和参考电流Irefac用于确定交流参考电压Uefac和流经阀板的电阻电流(峰值)，其应足够大，以使refac的测量不受寄生电容的影响，但避免发热。根据阀板的横截面积，参考电流值可以有不同的值，Irefac=25mA。Irefdc=1mA(中国)。当Irefac=Irefdc=1mA(即lgI=0)时，UrefacUrefdc，参考电流和参考电压，初始工作电压。在拐点附近，电流是毫安的剩余电压。额定电压是指由运行负荷试验确定的避雷器上下端子间最大允许工频电压的有效值，避雷器在此电压下应能正常工作。在避雷器工作负荷试验条件规定的一

3、系列试验风险中，允许应用于避雷器的最大工频电压(千伏，有效值)称为避雷器的额定电压Uret，Uret=96-312千伏的避雷器，2 Uret=Uretac(23毫安)Uretdc(1毫安)；输尿管=420-468kv的moa，2输尿管=urefac (5ma) 1.05urefdc (1ma)，moa避雷器参数，MOA避雷器参数，连续运行电压-MOA连续运行电压。指避雷器两端之间允许连续相加的工频电压有效值，一般小于避雷器的额定电压。持续电流。指在连续工作电压下的电流，包括电阻分量和电容分量。长时间作用在避雷器上的工作电压不得超过避雷器的连续工作电压，在选择避雷器时必须注意这个参数。由于阀板的

4、非线性，当施加正弦电压时，除基波外，电阻电流还有一系列奇次谐波。退化将主要增加三次谐波电流，阻尼将主要增加基波电流。避雷器参数，避雷器充电率：充电率表达式为：充电率=(正常施加电压幅值/参考电压)100%。早期，金属氧化物避雷器的充电率为40%-70%。现在，有效接地系统占80%，不接地系统占45%。提高充电速率可以减少串联电阻的数量，降低剩余电压；然而，高充气率会加速阀板的老化，缩短使用寿命并导致事故。避雷器的参数，剩余电压放电电流通过避雷器时端子间的最大电压峰值。指示避雷器保护特性的a .陡波冲击电流剩余电压；雷电冲击电流的剩余电压；c .操作冲击电流剩余电压。避雷器的工频电压耐受时间特性

5、在规定的条件下，当不同的工频电压施加到避雷器上时，最大持续时间的关系曲线对应于避雷器没有损坏或热崩溃。脱离器一种在系统故障时断开避雷器引线的装置，以消除系统的连续故障。避雷器的故障电流通常不是该装置在拆除时的功能，因此它可能无法防止漏电对于其他电参数，在一定温度下，参数的变化规律为： (1)电容C与工频电压um峰值的关系曲线为V型，在一定的Um内有一个最小值：(2)介质损耗tg是Um的单调上升函数，当Um大于一定值时，tg8随Um的增加而急剧增加；(3)在不同的红外和微米范围内，是不同的。温度对金属氧化物避雷器的影响，1热电子发射(肖特基定理)-负温度系数绝对值较大，2当晶界层电压达到12伏，

6、场强为10MV/cm时，出现隧道效应。这与温度无关。3当电流密度为10A/cm2时，氧化锌晶粒电阻(020.7)起作用，正温度系数，温度对氧化锌避雷器的影响。在低电流区，它具有负温度特性；当电流超过100毫安时，温度变化的影响变小；当电流超过100安时，它显示出正的温度特性。温度对金属氧化物避雷器的影响、热测定状态下的动态热稳定性、避雷器的老化以及金属氧化物避雷器在热损耗功率和散热平衡时的老化特性。除了阀板本身的老化，阀体其他部件的老化，如内部部件的耐压性和耐热性，密封件的老化等。在不同波长和幅值的电流作用下，金属氧化物避雷器的失效机理、阀板的失效形式和失效机理是不同的。在一定电压下，可分为热

7、损伤和冲击损伤。热损伤指在工频持续作用下的热平衡损伤。抗冲击性(冲击吸收能力)与其结构的均匀性密切相关。断裂失效的机理是在短时大振幅脉冲电流的作用下，阀板内部发生绝热加热过程。由于阀板每个单元的热物理性质有很大差异，电极和阀板之间的点接触，每个单元吸收的能量也有很大差异，这使得阀板每个单元之间有很大的温度梯度，从而产生热应力。当热应力达到一定值时，热膨胀导致阀门破裂和穿孔失效。穿孔失效机理是在长时间大振幅脉冲电流的作用下，阀组之间存在热传导，阀面与环境之间存在自然对流传热。然而，阀单元之间的电特性不均匀，并且一些单元的低电压导致电流集中和温度升高。当温度达到一定值时，晶界层熔化形成渗透孔。造成

8、阀门穿孔损坏的时间与电流成反比，冲击电流导致温度上升。在不同的电流下，阀门的温度分布、耐压性能、方波耐压性能、常用的金属氧化物避雷器的结构和电位分布，以及避雷器的电位分布和调整。330千伏和500千伏线路避雷器的突出技术问题是电位分布不均匀。与瓷套避雷器不同，它悬浮在空气中。在结构上，不可能采用外部并联电容的均压措施。当避雷器高度超过5m时，如果不采取措施，电位分布不均匀系数将达到1.2，充电率将达到98。在高场强下会加速电阻器的老化。通过改变均压环的数量、尺寸、放置位置和下垂深度等措施，可将500千伏无间隙线路中避雷器(高5.4米)的电位分布不均匀系数限制在1.4%以下。避雷器的结构和电位分

9、布，安装位置和电位分布，避雷器的表面污染和电位分布，平行间隙避雷器，避雷器的参数，选择避雷器的一般程序，2.1根据系统的最高工作电压确定避雷器的连续工作电压。2.2估算避雷器安装点临时过电压的幅值和持续时间。2.3估算通过避雷器的雷电过电压放电电流的最大幅度。2.4通过估算操作过电压放电电流和能量避雷器的电气保护特性、额定电压-连续运行电压-充电率-保护比-伏秒特性-避雷器的工频耐受时间，t=1200s为计划合闸操作、系统同步和调度操作所需的时间(当电压上升水平低于二次保护和过电压慢保护设定的水平时，需要进行调度操作)；T=20s为上述过压慢保护，增加一定裕量所需的动作时间为： t=1s，为一

10、级保护，即过压闭锁保护的动作时间；T=0.1s是中性点的有效接地系统，开关快速动作切断故障的时间，避雷器的耐受时间和耐受曲线的交叉时间，MOA等设备的耐受曲线并不像预期的那样都超过其他设备。例如，550kv变压器和MOA:在0.1和1.0时的时间大约是短时工频电压的0.95倍和1.0倍。也就是说，大约1.9倍和2.0倍。金属氧化物避雷器的工作条件为：0.1-2.0倍，电流高达2830A，电流半波持续时间为2.87毫秒，半波内吸收为4370kJ，工频耐受的重复次数和时间间隔。前苏联规定，在moa的整个运行期间(25年)，应容许持续时间为1200s的工频过电压。在关注目前广泛使用且部分使用空气绝缘

11、的变电站的过电压保护和绝缘协调时，我们对微秒至毫秒范围内的阀板响应感兴趣。当关注气体绝缘变电站的类似问题时，应考虑10100ns范围内的响应。避雷器的浪涌特性、地理信息系统变电站的保护配合特性、相对平坦的伏秒特性、小的波阻抗、波速与光速之间的电气距离小、无电晕、高可靠性的过电压、雷电波的侵入以及雷电波的侵入保护是变电站防雷的一个重要方面。雷电过电压沿线路侵入发电机和变电站非常普遍，但变电站电气设备的绝缘水平远低于线路的绝缘水平，因此变电站对雷电波的防护非常重要。特别是500千伏电气设备的绝缘设计裕度较小，雷电波侵入变电站将直接威胁变电站电气设备的安全。变电站雷电侵入波的计算、计算模型的建立、雷

12、电流对相关雷击点(进线杆塔)、输电线路(包括进线和避雷针)、变电站设备、连接线、母线等的直接应用。建立由变电站进线分裂导线和双避雷线组成的多导线耦合系统。根据我国法规建议的雷电流强度概率，雷电流强度值为：雷电流幅值(216kA)，发生概率为3.50/00，并进行分析计算。正极性绝缘子串的伏秒特性由以下指数函数拟合：负极性的伏秒特性是正极性的1.13倍。例：雷击出线2#塔时滕州变电站不同设备的暂态过电压，例：主设备的最大过电压绝缘裕度。注：根据：规范要求，表中允许值为内部绝缘裕度的15%和外部绝缘裕度的4%。例如，当雷击滕州变电站时，各变电站避雷器吸收的电流、各种运行方式下流经避雷器的最大电流、

13、模型中考虑的关键因素以及线路绝缘子串正极性放电的伏秒特性均由雷电标准冲击试验得到的指数函数拟合。变电站进线段线路参数采用导体和双避雷线组成的多导体耦合系统，多相分布参数分段模拟。各级输电塔采用实际设计塔结构的分布参数仿真，避雷器非线性电气特性仿真例如，将线路避雷线延伸到变电站的母线框架，所有设备都连接在变电站入口门塔后面，减小单个主设备与避雷器之间的距离，优化母线避雷器的放置位置，合理调动线路高阻抗与线路无级变速器的相对位置，合理要求变电站入口段塔的接地电阻，不同的入口和最大保护距离，220千伏和110千伏的敞开式变电站，在进线安装避雷器的效果优于母线。在220千伏和110千伏开闸变电站中，由

14、雷电侵入波引起的110千伏和220千伏开闸变电站进线断路器和电流互感器设备事故的发生频率不容忽视。在雷区新建110千伏和220千伏敞开式变电站时，应在每条进线的断路器线路侧安装避雷器，避雷器与变压器的最大保护距离应符合规定要求。进线断路器或进线终端塔线路侧附近的问题。220千伏断口击穿、220千伏电流互感器、35kV断口外绝缘击穿、避雷器主要性能试验、 连续电流试验剩余电压试验陡波冲击剩余电压试验雷电冲击剩余电压试验操作冲击剩余电压试验大电流冲击耐受试验长持续时间电流冲击耐受试验方波电流冲击耐受试验线路放电耐受试验无线电干扰电压和局部放电试验操作负荷试验加速老化试验样品的散热特性操作冲击操作负

15、荷试验工频电压耐受时间特性试验型式试验， 新产品试制和定型、型式试验、相关抽样试验、分批取样、每六个月对电阻器进行一次加速老化试验、每三年进行一次周期试验、从产品中取样三次、相关工厂试验、方波和大电流、雷电工作负荷试验、工作工作负荷试验、工频耐压试验，并检查其对瞬时工频电压上升的耐受能力。 将样品预热至60，施加大电流冲击(110及以下，4/10 110及以上一次，2000两次)，立即接通工频耐受电压(时间0.1s、1s、30s、20min)。试验方法制造商不仅要对金属氧化物避雷器进行电力和操作冲击下的运行负荷试验，还要提供按照规定的试验程序计算出的金属氧化物避雷器的工频耐受力(2)将试验产品

16、预热至60，并进行一次长时间的电流冲击试验；(3)每隔50-60秒重复(2)中规定的试验一次；(4)尽快(不超过100毫秒)向被测产品施加一定持续时间和一定值(或一定倍数)的工频电压。(5)应用UCR加速老化试验测定的UCR，30分钟；(6)将样品冷却至25，重复(1)中规定的试验，以及(7)检查样品。加速老化试验的理论基础是：质量保证的阀板类似于半导体和绝缘材料。如果有变质，其变质速度与材料配方、制造工艺、工作温度等有关。在前两个因素不变的前提下，常温下持久劣化过程的后果可以在高温下短时间内实现，即遵循阿伦尼乌斯定理。这是国际范围内的一种流行观点，一些重要的标准决定了相应的测试方法。如果退化是由于工频电压长期作用下的能量和功率损耗造成的，在高温和工作电压升高的情况下，常温和正常工作电压下持续时间较长的退化过程应在较短的时间内完成，前苏联将据此进行相关试验。加速老化试验，在125烘箱中。阀板表面温度保持在115，压力为： U=U，连续加压1000小时(10.05 L)，分别测量加压前后的损失。国外预测使用寿命将超过100年。检查密封情况。FZ、FCZ、FCD及电压等级较高的金属氧化物避雷器解体检修后，进行密封试验。将避雷器(380400)内腔抽真空至133.3帕，其内部气压的增加在5min内不应超过133.3帕。间隙避雷器的非线性系数，并测量t