110KV罐式氧化锌避雷器的应用.doc

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1、题目：110KV氧化锌避雷器的应用 系别： 电气工程系 专业： 供用电技术 姓名： 赵欣 西华大学安德校区教 务 处西华大学安德校区专科毕业设计（论文）题 目： 110KV氧化锌避雷器的应用 学生姓名： 赵欣 学 号： 422010550306232 专 业： 供用电技术 年 级： 2010级 系 别： 电气工程系 指导教师： 汪琪 2013年 6 月 9 日目 录摘 要1引 言2第一章 避雷器的发展31.1 避雷器简介31.2一般避雷器原理与结构31.2.1 避雷器的原理31.2.2 避雷器的结构41.3 避雷器的分类41.3.1 排气型避雷器41.3.2 碳化硅避雷器51.3.3 氧化锌避

2、雷器（MOA）5第二章 氧化锌避雷器的结构与原理72.1 氧化锌避雷器的结构原理72.2 氧化锌避雷器的特点82.4氧化锌避雷器的分类92.4.1 无间隙型92.4.2 带串联间隙型92.4.3 带并联间隙型9第3章 城轨主变110KV氧化锌避雷器的应用与运行103.1 110KV线路防雷意义103.2 110KV避雷器的选择103.3 主变电站避雷器结构特征123.4 GIS用罐式氧化锌避雷器的设计153.4.1 内部电场强度的计算153.4.2 电位分布实测163.4.3 外壳设计163.5 城市轨道交通主变避雷器常见故障分析183.6 主变电站避雷器的日常维护18结 论21总结与体会22

3、谢 辞23参考文献24摘 要在运行中电气设备除了承受正常工作电压外，还会遭受过电压的作用，如雷电过电压、操作过电压等，其数值远大于设备的正常工作电压，以致损坏设备，就必须使用避雷器来限制过电压。避雷器是用来保护电气设备免受过电压侵害的一种保护电气设备，通常连接于被保护设备的导电端与地之间，既可保护电气设备受到瞬时过电压伤害，又能限制工频续流的持续时间和幅值，在电气保护中具有重要重要1。在城轨主变电所中，避雷器防雷的主要原理是利用其非线性电阻特性，正常时避雷器不动作，当过电压作用于避雷器时并达到其动作电压时，避雷器导通，通过大电流，吸收过电压，以保护设备，在释放过电压能量后避雷器会自动恢复到不导

4、通的正常状态。避雷器经过多年的发展，有很多种类，其中氧化锌避雷器应用最广。作为电气设备过电压保护装置，避雷器的优劣关系到电气设备能否正常安全运行。因此对避雷器的运行研究至关重要。氧化锌避雷器分为有间隙和氧化锌无间隙两种，其中无间隙是重要形式，无间隙避雷器的主要元件是氧化锌阀片，为解决阀片散热问题，通常在瓷套内填以高热传导绝缘物，如石英、硅胶等。氧化锌避雷器的分类主要依据其电压等级、标称放电电流、用途、材料结构性能。文章首先介绍了避雷器的发展、分类结构原理，然后介绍了氧化锌避雷器的运行使用及注意事项。【关键词】氧化锌避雷器；防雷；非线性电阻引 言安全送电、防止因线路故障而跳闸是当前输变电工业的重

5、要课题之一。雷击引起线路绝缘子串闪络及雷电波入侵变电站所造成的停电事故，在我国南方各省已占输电线路闪络事故的60%，特别是110kV线路，平原地区雷击率为0.10.5次/100km年，山区可达14次/100km年。加装线路避雷器（MOA）是防止雷击事故、减少跳闸率的有效方法之一。日本、美国、俄罗斯已有许多应用线路避雷器防止雷击闪络事故的成功报道。日本在20世纪90年代已有超过30000相77500kV线路避雷器投入系统中使用，加装线路避雷器后取得了良好的效果。我国在此领域的研究起步较晚，这与硅橡胶复合外套技术在避雷器上的应用起步较晚分不开。截至目前，已研究制造出多种类型110500kV线路避雷

6、器，共有7610种在系统中运行，收到良好的效果。我国线路避雷器分有串联间隙和 无间隙两大系列。与国际上的不同之处是目前无间隙线路避雷器占50%以上。目前使用的避雷器主要有传统的带间隙碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器(以下简称MOA)MOA在世界上出现约20年历史。在我国进入电网运行至批量生产仅近l0年,由于MOA具有保护比小、通流容量大、稳定性好等优点。从而取代传统碳化硅避雷器已是大势所趋。目前在我国高压、超高压领域MOA已处于垄断地位。MOA涉及半导体，电介质物理、高电压、绝缘等技术，属于高技术范畴，要制造优质MOA需要技术和人才，需要一套专用工艺装备整个生产过程近40道工序 。仅阀片生产中

7、的造粒技术就有不少于13个质量控制点即使采用先进的技术和设备。仍有一些随机因素未敌人们掌握，因而在生产过程中出现一定概率的废品，运行中发生一定比例的事故，即使在发达国家也如此。第一章 避雷器的发展1.1 避雷器简介避雷器，又称：surge arrester，能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电2。最原始的避雷器是羊角形间

8、隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“避雷器”。20世纪20年代，出现了铝艾尔盾避雷器，氧化膜艾尔盾避雷器和丸式艾尔盾避雷器。30年代出现了管式艾尔盾避雷器。50年代出现了碳化硅艾尔盾避雷器。70年代又出现了金属氧化物艾尔盾避雷器。现代高压艾尔盾避雷器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压3。1.2 一般避雷器原理与结构1.2.1 避雷器的原理避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅

9、值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙是最简单形式的避雷器；管型避雷器也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。避雷器能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时

10、过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电1.2.2 避雷器的结构避雷器由主体元件，绝缘底座，接线盖板和均压环（220kV以上等级具有）等组成。氧化锌避雷器内部采用氧化锌电阻片为主要元件。当系统出现大气过电压或操作过电压时，氧化锌电阻片呈现低阻值，使避雷器的残压被限制在允许值以下，从而对电力设备提供可靠的保护；而避雷器在系统正常运行电压下，电阻片呈高阻值，使避雷器只流过很小的电流。1.3 避雷器的分

11、类在当今社会上，避雷器的种类有很多，目前应用的避雷器类型主要有保护间隙、管型避雷器、普通阀型避雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器及复合外套氧化锌避雷器。1.3.1 排气型避雷器它是依靠其内腔产生的高压气体来熄灭电弧的，避雷器动作时喷射出大量气体，因此称为排气型避雷器，这类避雷器的典型代表是管型避雷器（其原理如图 1-1），其内间隙（又称灭 弧间隙）置于产气材料制成的灭弧管内，外间隙将管子与 电网隔开。雷电过电压使内外间隙放电，内间隙电弧高温 使产气材料产生气体，管内气压迅速增加，高压气体从喷 口喷出灭弧。主要用于变电所、发电厂的进线保护和线路 绝缘弱点的保护，但是由于排气型避雷器固有的结构特 点，

12、它的火花间隙暴露在大气中，电气性能不够稳定，所 以这类避雷器使用得很少。图1-1 管型避雷器的结构原理1.3.2 碳化硅避雷器其内部由火花间隙和碳化硅制造的非线性电阻片组成，其基本工作元件是叠装于密封瓷套内的火花间隙和碳化硅阀片（电压等 ，级高的避雷器产品具有多节瓷套） 火花间隙的主要作用是平时将阀片与带电导体隔离，在过电压时放电和切断电源供给的续流，具有较好的保护特征结构如图1-2所示。碳化硅雷器又经历了磁吹阀式避雷器和做成复合式避雷器。前者以磁吹间隙提高了灭弧能力，后者在雷电过电压下一部分碳化硅电阻被并联的间隙短接而降低冲击残压。广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。但其也存在

13、着一定的缺点：一是只有雷电最大幅值限压保护功能，而无雷电陡波保护功能，防雷保护功能不完全；二是没有连续雷电冲击保护能力；三是动作特性稳定性差可能遭受到暂态过电压危害；四是动作负载重使用寿命短等。同时它的保护性能不如金属氧化物避雷器，正逐步被取代。图1-2 碳化硅避雷器结构图1.3.3 氧化锌避雷器（MOA）它是从 20 世纪 70 年代出现的新型避雷器，是阀型避雷器的第三代产品，其内部结构如图1-3，它与阀式避雷器相比，氧化锌电阻片的非线性特征极其优异，而且通流能力增加了 3 倍左右，可以做成无间隙避雷器，无续流，故体积小、结构简单，降低电气设备所受到的过电压，运行维护方便，使用寿命也长，造价

14、也低，具有更优越的性能。所以近年来，氧化锌避雷器以其的电气性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统的换代保护设备。 碳化硅避雷器与氧化锌避雷器的特性比较 对于单个间隙而言当很大的雷电流流过非线性电阻时 非线性电阻将呈现很大的电导率 使避雷器上出现的残压 Uo 不致过高。当雷电流过去后 加在阀片上的电压是系统电压 Ux 时 非线性电阻的电导率突然下降而将工频续流限制到很小的数值。事实上阀型避雷器的间隙是由数个或数十个单间隙组成的一个电容链 由于电极片对地和对高压端盖的部分电容的影响 电压在各间隙上分布是不均匀的。严重的是这种不均匀非常的不稳定它受瓷套表面情况影响很大 使得避雷器的工频放电电压

15、很不稳定。虽然可以通过在每个间隙或间隙组上并联一个分路电阻来解决 但分路电阻中将长期有电流流过泄漏电流 且经长期运行非线性并联电阻会逐渐老化 表现为阻值增加 电导电流下降 影响避雷器性能。 氧化锌电阻片在击穿区域具有较好的非线性 使得氧化锌避雷器在正常工作电压下电阻值很大泄漏电流很小 在过电压情况下其电阻值又很小 过电压能量释放即恢复到高阻值状态 无工频续流 所以无间隙氧化锌避雷器得到了广泛应用。图1-3 氧化锌避雷器的内部结构图第二章 氧化锌避雷器的结构与原理自从1967年日本发现氧化锌压敏特性以来,具有优异非线性伏安特性的金属氧化物电阻片及金属氧化物避雷器迅速发展，在全球低压、高压及超高压

16、领域的应用日益广泛。2.1 氧化锌避雷器的结构原理金属氧化锌避雷器和普通阀形避雷器在结构上的主要区别是阀片的材料不同，是以氧化锌为主体，添加其他少量金属氧化物（如：三氧化二铋、三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二锑等），经过粉碎混合后至1000以上高温下烧结而成。氧化锌阀片比碳化硅具有更优良的非线性，非线性系数仅0.01 0.04，即使在大电流下，非线性系数也不大于0.1。在正常运行电压下，流过的电流很小，仅1mA左右，不会使阀片过热烧坏，因此可以不用串联间隙来隔离工作电压。而在高电压下，其电阻瞬间变得很小，可以通过大量电流，残压也很低。221由于氧化锌阀片的通流容量大，阀片直径小，瓷套的内径比阀片

17、的直径大得多，因此需要采取专门的固定措施，对于实心阀片，用34根绝缘杆放在阀片周围加以固定；对于中间有孔的阀片，用一根绝缘拉杆4将阀片6穿在其上加以固定，如图2-1所示，然后装入瓷套内，再在顶部用弹簧2压紧，使芯体牢固地固定在瓷套内。643875 图2-1 氧化锌避雷器芯体图注：1-上金属隔板；2-弹簧；3、7-螺栓；4-绝缘拉杆；5-绝缘固定套板；6-阀片；8-下金属隔板。氧化锌避雷器装有防爆装置，即在避雷器每节元件上设有由薄金属或塑料片构成的薄弱环节和排气导弧孔。当元件内部发生阀片击穿和闪络时，内部气压骤然，此时薄弱环节防爆膜首先破坏，将内部高压气体放出，并沿着排气导弧孔的方向排除高温气体

18、，瓷套内部压力迅速降低，避免瓷套发生爆炸。也有将金属盖板制成具有弹性特性，当元件内部气压高于盖板预加的弹性变形压力时，盖板就 被顶开，盖板起防爆和密封的双重作用。2.2 氧化锌避雷器的特点氧化锌避雷器除了具有结构简单、体积小、质量轻、寿命长等优点外，由于没有间隙，因此性能稳定、制造方便，而且不存在直流下灭弧难的问题，易于制成直流避雷器。由于氧化锌避雷器的保护性能仅与阀片的冲击残压决定，因此其保护性能好。当雷电通过氧化锌避雷器后，由于其没有工频续流问题，因此可以承受多重雷击。氧化锌避雷器可以对大容量电容器组进行保护，氧化锌避雷器在接近保护水平时开始导通，将电容器放电时间拉长，使通过避雷器的电流大

19、大减小。氧化锌避雷器产品型号说明：/ 附加特征 标称放电电流下残压(KV) 额定电压（KV） 设计序号 使用场所 结构特征 标称放电电流（KA） 产品型式 产品型式：Y表示陶瓷式金属氧化物避雷器；YH（HY）表示复合外套金属氧化物避雷器。结构特征：W表示无间隙；C表示串联间隙；B表示并联间隙。使用场所：S表示配电型；Z表示电站型；R表示并联补偿电容器用；D表示电机用；T表示电气化铁道用。附加特征：W表示防污型；G表示高原型；TH表示湿热带地区用例如：YSWZ-12.7/45，其为陶瓷式金属氧化物避雷器，标称放电电流为5KA，为无间隙的电站型，避雷器额定电压为12.7KV，标称放电电流下残压为4

20、5KV。2.3 氧化锌避雷器的分类氧化锌避雷器有无间隙、带并联间隙和带串联间隙三种结构形式，其中无间隙型是重要形式。2.3.1 无间隙型无间隙型氧化锌避雷器的内部重要元件仅有氧化锌阀片，运行中，阀片经常不断地有工频电流流过，产生热量，温度升高，使阀片阻值下降，如散热条件不好，温度会进一步升高，导致阀片老化，以致发生爆炸。为解决阀片散热问题，可在瓷套内部空间填以固体绝缘物以提高散热传导能力，或灌注硅橡胶将阀片侧面裹以硅胶后装入瓷套内使之紧贴瓷套表面；或填以石英砂，或增大瓷套表面积，以增加散热面积。当工频泄露电流很小时，也可不采取上述措施。因此在运行中必须监测无间隙氧化锌避雷器的工频泄漏电流，以判

21、断避雷器是否正常。2.3.2 带串联间隙型带串联间隙的氧化锌避雷器的结构与普通阀式避雷器的结构基本相同。在正常运行电压下，氧化锌阀片上没有工频电压的作用，不必考虑老化问题。但由于氧化锌阀片的阻值很大，分担了部分工频电压，串联间隙上的电压比普通阀式避雷器低，因而间隙距离可以大大缩短。另外由于氧化锌阀片的限流作用，工频续流很小，电弧完全可以自行熄灭，所以间隙也不必考虑灭弧问题，无需采用多个平板间隙或磁吹限流间隙。同时由于间隙距离小，过电压作用下可以迅速击穿，相应的冲击放电电压大大下降，由于氧化锌阀片的通流能力是碳化硅阀片的4倍，因此其直径可以大大缩小。2.3.3 带并联间隙型带并联间隙氧化锌避雷器

22、将阀片分成主阀片和并联阀片两部分，在并联阀片上有并联放电间隙。正常运行时，并联间隙不放电，通过阀片的电流很小，运行安全可靠；当遭受雷电过电压时，避雷器上残压残压尚未达到规定值之前，并联间隙开始放电，将并联阀片短接，避雷器的残压仅为主阀片上的残压，其值较低，保护性能便能满足要求。按外绝缘材质的不同来区分，氧化锌避雷器有瓷套型和合成绝缘（硅橡胶）型两种。第3章 城轨110KV氧化锌避雷器的应用与运行3.1 110KV线路防雷意义变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到

23、每一个用电设备。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电站作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。作为电能传输与控制的枢纽，变电站的防雷保护也越来越得到重视。110kV变电站是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电站设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。雷电放电落于电气设备上时,如没有特殊保护,雷云放电能产生数百万伏的过电压电波,这种

24、过电压足以使任何额定电压的设备发生绝缘闪络或击穿。从而会使设备损坏，甚至危及人身安全，造成不可弥补的损失。电力设备的造价普遍较高，而且建造工期较长，电力设备的损坏，不但会造成发电厂或变电站的巨大损失，更会影响到对用户的供电，造成更大面积、更严重的后果。雷电一直是危害电力系统安全稳定运行的重要因素之一， 如果变电站发生雷击事故，将造成大面积停电,给社会生产和人民生活带来不便，这就要求防雷措施必须十分可靠。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电站作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。 而防雷保护

25、作为变电站设计的一个重要环节，同样会有充分的发展空间。众所周知，防雷的最有效办法就是架设避雷器，目前氧化锌避雷器(MOA）在电力系统中作为过电压限制措施的应用越来越广泛。3.2 110KV避雷器的选择一般在110KV主变中避雷器采用的是GIS罐式氧化锌避雷器，避雷器和GIS组合电器安装在一起，通常GIS罐式氧化锌避雷器装设在110KV进线侧，在额定电压下，流过氧化锌避雷器阀片的电流仅为10-5A以下，相当于绝缘体。因此，它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。当作用在金属氧化锌避雷器上的电压超过定值（起动电压）时，阀片“导通”将大电流通过阀片泄入地中，此时其残压不会超过被保护设备的耐压，达到了

26、保护目地。此后，当作用电压降到动作电压以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态，因此，整个过程不存在电弧燃烧与熄灭的问题。该避雷器主绝缘为六氟化硫气体，芯体是氧化锌阀片，其非线性电阻特性比碳化硅优异。在运行电压下阻性泄漏电流小，没有串联火花放电间隙，不存在续流和放电迟延问题。其接地端子经放电记录器和短路片（供测量泄漏电流用）再经内部一根导线从底部引出至大地 。避雷器在正常运行电压下，基本上处于绝缘状态，仅流过数百微安的泄漏电流，其中大部分是容性电流。当过电压侵入时，避雷器工作在伏安特性的低阻区域，放电电流经过避雷器泄入大地。过电压过后，避雷器又恢复到正常运行电压下的工作状态。氧化锌避雷器

27、伏安特性伏安特性曲线可分为3个典型的区域，如图3-1。区域是小电流区，电流在1mA以下，曲线较陡峭。正常运行相电压下，氧化锌阀片工作在此小电流区，其阻值很大（电阻率高达1010cm），相当于绝缘体，通过的漏电流很小（uA）。区域为工作电流区，电流在10-3-3103之间，此区域内曲线平坦，呈现出理想的非线性关系。区域为饱和电流区，此区域中非线性系数又增大，伏安特性明显上翘4。图3-1氧化锌避雷器伏安特性伏安特性曲线地铁主变避雷器种类繁多，但一西门子和ABB的GIS罐式氧化锌避雷器应用较多且性能稳定，下面以上海地铁9号线采用的ABB的GIS罐式氧化锌避雷器为例。3.3 主变电站避雷器结构特征全封

28、闭组合电器(简称GIS)以其性能稳定、安全可靠、检修周期长、占地面积小特点,表现出很强的生命力,具有广阔的发展前景,特别在水电站、核电站等场合,更是受到电力部门的青睐7。GIS进线布置原理如图3-2，110KV GIS结构如图3-3。图3-2 GIS进线布置图3-3 110KV GIS结构110KV GIS用三相共罐式氧化锌避雷器于1993年8月通过了机械部和电力部组织的运行鉴定；该产品性能稳定、安全可靠、检修周期长、占地面积小体积小、结构紧凑、保护性能好，其外形如图3-4。图3-4 110KV GIS罐式氧化锌避雷器外形图110500KV GIS用罐式氧化锌避雷器是全封闭组合电器的组成部分,

29、近年来也得到迅速的发展，其结构特征有以下几点7：(1)与瓷套式氧化锌避雷器的结构完全不同。110 kV罐式氧化锌避雷器是将三相 芯体装入金属罐体中,罐体内部充入一定额定压力的SF6。气体,利用SF6气体良好的电气绝缘特性,大幅度地缩小了相间及相对地的距离,实现了产品小 型化。220kV 、500kv氧化锌避雷器为一相一罐式,为了降低芯体高度,电阻片多柱并列布置,电气上螺旋式串联联接。（2) 氧化锌电阻片优异的伏安特性,使得避雷器的保护特性得到改善,特别是陡波残压的降低对伏秒特性比较平坦的GIS保护很有利,加之其大的通流能 力,能对开关站内设备提供可靠保护。(3)避雷器是无间隙型的,因此性能稳定

30、,不受SF6气体压力的影响。(4)采用特殊形状的均压屏蔽罩改善电位分布,有效地补偿了金属罐体与芯体间杂散电容对电阻片上电位分布的影响,使得电位分布达到较理想的水平。(5)罐式氧化锌避雷器一般不带压力释放装置,罐体本身的屈服压力有足够的安全裕度,是安全可靠的。根据用户要求也可装设压力释放装置,其作用是当罐体内部压力超过规定值时,防爆装置动作,释放罐体内部的压力。(6)罐式氧化锌避雷器的高压端通过盆式绝缘子出线,与全封闭组合电器相联,低压侧通过密封端子接地。盆式绝缘子为特殊环氧材料浇注而成,具有很高的绝缘性能、机械性能及良好的自密封能力。为了与GIS联接方便,110kV、220kV罐式氧化锌避雷器

31、,高压端有顶部出线及侧部出线两种结构,5O0kV罐式氧化锌避雷器则采用顶部出线。3.4 GIS用罐式氧化锌避雷器的设计3.4.1 内部电场强度的计算包括均压罩表面的场强、相-地之间的场强、电阻片表面的场强，对于110KV等级三相共罐结构的避雷器，还有计算相-相间的场强。精确的计算应通过电子计算机，设计可经验公式进行计算。以下是110KV罐式氧化锌避雷器的计算5。1.均压屏蔽罩表面的电场强度均压罩对罐体即相-地之间的最大场可用下列公式计算：式中 U避雷器基准绝缘水平BIL，最大取550kvDg均压屏蔽罩外径Dl单相时的等效罐体内径均压罩之间即相-相之间的最大场强可用下列公式计算：式中 d相间即两

32、屏蔽罩间的距离计算出场强 2.均压屏蔽罩弯曲部分的电场强度均压屏蔽罩两端卷边弯曲处的电场强度由下式计算：式中 E1直线部分的电场R等效罐体半径R均压罩的半径a屏蔽罩卷边处的弯曲半径计算出场强 3.电阻片表面的电场强度电阻片表面的电场强度由下式计算：其中 Ug避雷器20KA的残压D电阻片的外径Dgi均压屏蔽罩内径计算出场强 根据国外数据，当SF6气体的设计压力为0.294MPa时，全封闭组合电器内部电场强度允许在下列范围：E118KV/mm (大面积导体面积)E223KV/mm （小面积导体面积）3.4.2 电位分布实测应用有限元法计算了具有开域边界的氧化锌避雷器的电位分布。通过设置人工截断边界

33、，将开域电场问题转化成有界域电场问题，并在人工截断边界上采用渐近边界条件。对于氧化锌避雷器中存在大量的电位悬浮导体问题，则采用虚拟齐次强加边界法加以解决。对330 kV和500 kV氧化锌避雷器电位分布进行了计算和测量，随着安装高度的增加，阀片电位分布将趋于均匀；在高压端加装均压环会大大降低阀片的最大电位承担率，改善阀片的电位分布。与基于模拟电荷法的其它方法相比，可以充分利用已有的有限元计算程序，很好地满足了工程应用和设计的需要。3.4.3 外壳设计按照国家有关标准规定，不论焊接或铸造的外壳，其厚度和结构的设计计算，可按压力容器要求进行，应考虑振动、温度变化、短路电流的作用和气候条件的影响。1

34、.壳体的强度计算壳体的屈服压力壳体的屈服压力可根据下列公式计算式中y材料的屈服强度焊机系数，0.65t罐体厚度材料的腐蚀系数01,取0Di罐体内径K温度系数（480以下时取0.4）2.壳体强度试验外壳强度无论是否通过计算确定，均应进行规定试验。(1)例行水压试验例行水压试验值可由下式计算：式中 max产品允许的最高工作压力 (2)破坏水压试验为了考核壳体的强度，应进行破坏水压试验，有关标准规定，破坏压力应不小于设计压力的3.5倍，其破坏压力由下列公式计算：式中 N罐体的额定使用应力3.安全裕度将以上罐体压力的计算结果列于表3-1.表3-1 罐体压力的计算结果（单位MPa）最高工作压力Pmax异

35、常情况下压力上升的最大值P例行水压值P水破坏水压值P破屈服压力Py0.491.4250.9311.82.93在正常使用条件下，避雷器的安全系数由下式计算在避雷器发生故障时安全系数计算如下：从计算结果可以看出，无论正常情况下，还是在故障情况下，避雷器的罐体都要足够的安全裕度3.5 城市轨道交通主变避雷器常见故障分析由于GIS罐式避雷器是城轨主变的主要防雷装置，其运行状态好坏直接影响到整个供电系统的可靠性，因此对其故障因特别注意：GIS罐式避雷器发展至今其性能已很稳定，对其故障只需做到如下几点即可。主变避雷器常见异常分析及处理泄漏电流表为零，可能引起该现象的原因有：1）表计指示失灵。2）屏蔽线将电

36、流表短接。1）处理：用手轻拍表计看是否卡死，无法恢复时，应添报缺单修理或更换。2）处理：用绝缘棒将屏蔽线与避雷器导电部分相碰之处挑开，既可恢复正常。泄漏电流表指示偏大。根据历史数据进行分析，如发现表计打足，应判断避雷器有问题，应立即汇报调度，将避雷器退出运行，请检修检查。避雷器内部有放电声在工频情况下，避雷器内部是没有电流通过的。因此，不应有任何声音。若运行中避雷器内有异常声音，则认为避雷器损坏失去作用，而且可能会引发单相接地。这种情况，应立即汇报调度，将避雷器退出运行，予以调换。3.6 主变电站避雷器的日常维护避雷器的日常检查项目一般有以下几点：1.连接引线的检查；2基础构架的检查；3.避雷

37、器外观检查；4.定期读取避雷器动作的读数；5.检查避雷器的压力释放装置是否动作，是否有燃烧或表面损伤的痕迹。如果出现这种情况，则必须进行更换；6.检查瓷瓶的污秽情况，如果情况严重，则进行清洗；检.查接地线。7.定期检修项目如下：8连接引线的紧固及清扫；9.绝缘瓷套的清扫；10.均压环的清扫；11.动作计数器的清扫；12.接地线的检查；13.基础构架的检查；14.接地情况的检查；15.所有连接螺丝紧固；16.放电通道应无脏物。地铁主变避雷器由于采用GIS组合电器，大多与母线一起装设于车站地下，所以他的检测维护又不一样，主变避雷器的日常检查项目如表3-26。表3-2 主变避雷器的日常维护检查项目方

38、法工器具及材料周期技术要求1绝缘电阻操作检查兆欧表、手电、连接线1.交接时2. 变电所避雷器23年3. 必要时1.35KV以上，不低于2500m2.35KV几以下，不低于1000m2.直流1mA电压（U1mA）及0.75 U1mA下的泄漏电流操作检查试验变压器、控制箱、高压静电电压表、电阻分压器1.交接时2.必要时1.测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较，不应有明显变化，当阻性电流增加到初始值20%时，必须停电检查2.当阻性电流增加到初始值的150%时应适当周期严密监测3.运行电压下的交流泄漏电流操作检查试验变压器、控制箱、高压静电电压表、电阻分压器、微安表1.交接时

39、2.必要时1.测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较，不应有明显变化，当阻性电流增加到初始值20%时，必须停电检查4.工频参考电流下的工频参考电压操作检查试验变压器、控制箱、高压静电电压表、电阻分压器2.必要时应符合GB11032-2000交流无间隙金属氧化物避雷器或制造厂规定5.底座绝缘电阻操作检查兆欧表、手电、连接线1.交接时2.必要时用2500V以上兆欧表6放电计数器动作检查操作检查试验变压器、控制箱、高压静电电压表、电阻分压器1.交接时2.必要时测试3-5次，均应正常动作结 论对于氧化锌非线性电阻片来说，为了适应氧化锌避雷器超高电压、小型化、直流输电及安全化的需

40、要，添加新的元素(如稀土元素)、优化工艺和配方、利用新的设备等来提高阀片的电位梯度、降低残压、提高通流容量及改善老化性能等。同时开发适合直流输电用的直流用氧化锌非线性电阻片和稀土元素系列阀片。随着电力需要的迅速增加和电源太规模化及变电站的有效利用空间，同时为了解决由此产生的电力系统问题，氧化锌避雷器向大容量小型化、特高电压化、直流输电及稀土系列M0A方向发展。特高电压输电在我国势在必行，我国已实现1000kV电压等级的特高压输电。因此，我们可进行特高压MOA、直流MOA及高电位梯度高性能M0A阀片等研究工作，以满足国内电力系统的需要缩小MOA技术与世界先进水平的差距。随着科技的发展，避雷器定会

41、向着运行安全可靠、试验方法简单、动作准确率高的方向发展。总结与体会GIS用罐式避雷器时当下地铁车站避雷器的广泛形式，在防止设备过电压和雷击伤害中起着至关重要的作用。GIS避雷器是一种应用前景广阔的产 品，已走过了国产化、性能提高的过程，并经过了近20年的运行积累和不断完善，现向全小型化、精细保护和总体性能优化的阶段迈进。由于它的设计难度大，考虑因素多，特别是要与电力系统的过渡过程相配合，加之其对加工精度要求高、工艺过程要求严格、芯体尺寸配合苛刻，对所有零部件清洁处理 要求高等因素，故必须有一套完整有效的工艺过程管理，做到对每一工艺过程精细化管理，才能使GIS避雷器的作用得到充分发挥 ，从而确保

42、GIS变电站的安全与可靠运行。谢 辞通过三年的供电知识学习，在学校老师的精心指导下，使我们不断提高了基础技能理论水平，同时，能够根据现场实际需要，进行重点学习并突破，进一步提高了自身发现问题、分析问题和解决问题的能力，为现场的安全生产起到了较大促进和保证作用。通过本次论文设计，使我对牵引变电所GIS用罐式避雷器的设计运行有了更清楚的认识；对现场避雷器及其相关防雷保护有了更深刻的了解。在设计过程中，曾遇到较多的问题，在指导老师汪琪老师的指导下都得到了较好的解决，在此表示诚挚的谢意！同时，借此机会，感谢上海申通地铁工作人员提供技术指导，感谢上海申通地铁变电检修车间为本设计提供的现场运行数据和资料。参考文献1电气化铁道供变电技术.林永顺，谭慧铭.中国铁道出版社，北京，2011.2城市轨道交通变配电技术.王育才，李跃进. 中国铁道出版社，北京，2012.3高电压绝缘与试验技术.刘明光（编著）.4电工基础（上、下）.李警路.中国铁道出版社.北京.1994.5电工学（上册）.秦曾煌.高等教育出版社.北京.1990.6GB11032-2000，交流无间隙金属氧化物避雷器s.7全封闭组合电器变电所的过电压保护和绝缘配合问题J高压电器.吴维韩.19848金属氧化物避雷器现状及发展趋势.郭秉义，郭润梅，郭欣.内蒙古电力技术，2008.