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1、二、避雷装置和避雷器,（一）雷闪放电与过电压,雷云放电过程,雷闪过电压。发生雷闪时，除了会产生直击雷过电压之外，还会在输电线路中出现感应过电压，这两种过电压均会对输电线路和电力设备造成危害。（二）避雷装置 避雷装置是一种接地良好的导电装置，可用来保护物体免遭雷击，它主要由引雷装置、接地装置和连接它们的引下线组成。按照引雷装置的形式，避雷装置可分为避雷针、避雷线和避雷带。（三）避雷器 避雷器实质上是一种放电器，可优先于被保护电器放电动作，限制由线路传来的雷电冲击电压和操作过电压，完成保护后迅速恢复原来对地绝缘的状态，准备下次保护动作，同时使系统恢复正常工作状态。1、避雷器的分类 通常将避雷器分为
2、保护间隙、管式避雷器、阀式避雷器三种，参见下表。,避雷器的用途和分类,2、避雷器的电气性能指标及特性(1)额定电压:避雷器的最大允许工频电压。(2)工频放电电压:避雷器间隙放电时的工频电压有效值。(3)冲击放电电压:给定波形和极性的冲击电压施加到避雷器上，放电前所对应的电压峰值。(4)放电电流:避雷器保护动作时通过它的冲击电流及工频续流统称为放电电流。(5)残压:放电电流通过避雷器时，避雷器端子间的电压称为残压。(6)通流容量:即阀式避雷器的阀片耐受放电电流的能力，以规定的波形和通流次数下的电流幅值来表示。(7)伏秒特性:指避雷器的绝缘介质在不同幅值冲击电压作用下，冲击电压值与放电时间之间的关
3、系曲线，它是综合衡量避雷器保护效果的重要依据。,3、阀式避雷器 根据阀片材料的不同，阀式避雷器可分为碳化硅阀式避雷器和金属氧化物阀式避雷器两种。（1）碳化硅避雷器 将多个串联的保护间隙和串联的阀片相串联，压紧密封在避雷器瓷套内，阀片的材料采用金刚砂为主要成分。,普通型碳化硅避雷器结构简图,金刚砂颗粒非线性电阻,(2)金属氧化物避雷器(MOA)金属氧化物避雷器由压紧密封在避雷器瓷套内的若干片ZnO阀片构成。氧化锌阀片外加氧化铋及其它金属氧化物粉碎烧结成园饼状或环状，上下端面喷有金属电极，侧面涂有绝缘釉以防沿面闪络。这种阀片具有非常优异的非线性特性，在高压下电阻很小，泄放雷电流的同时能保持低残压,
4、伏安特性曲线见下图：,ZnO阀片伏安特性曲线,4、避雷器的选择、使用和维护注意问题（1）避雷器连续雷电冲击保护能力。碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力；氧化锌避雷器有连续雷电冲击保护能力。（2）避雷器使用寿命。避雷器使用寿命与许多因素有关，除了制造工艺、机械故障、密封失效受潮等因素外，避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器寿命有效使用寿命通常在7-10年；串联间隙氧化锌避雷器寿命可达20年以上。（3）避雷器通常应垂直安装，且周围留有足够的空间；顶部引线水平压力不得超过允许值；对于由多节元件组装的避雷器，应严格按照出厂标号组装。（4）避雷器运行过程中应经常监
5、视和维护，有条件的电站型阀式避雷器应安装动作次数记录装置。碳化硅避雷器和金属氧化物避雷器应按有关标准定期测试性能，发现隐患应及时退出运行。,第五章 避雷器的在线监测,现在常用的避雷器的类型有阀型避雷器及金属氧化物避雷器（常称氧化锌避雷器）。阀型及氧化锌避雷器用于发电厂、变电站的保护，在220kV及以下系统主要限制雷电过电压，在330kV及以上系统还用来限制操作过电压或作为操作过电压的后备保护。阀片的非线性特征使得在幅值高的过电压下电流很大，而电阻很小；在幅值低的工作电压下电流很小，电阻很大。阀片的非线性伏安特性如图5-1所示，亦可用下式表示：,图5-1 避雷器阀片的静态伏安特性,其中，C为常数
6、，与阀片的材料和尺寸有关；为非线性系数，与阀片材料有关，碳化硅阀片一般。,阀型避雷器的工作原理为，电力系统正常工作时，避雷器串联间隙承担了全部电压，阀片中无电流流过。当系统中出现过电压且幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流经阀片入地，而阀片本身的压降（称残压）由于电阻的非线性特性则维持在一定范围内，从而使电力设备上的过电压幅值得到限制，电力设备得到保护。当冲击过电压消失后，间隙中的工频续流仍将流过阀片，由于此时避雷器所承受的电压仅为工作电压，故受电阻非线性特性的影响，此电流远比冲击电流小，从而使间隙能够在工频电流第一次过零时将电弧切断。这样避雷器从间隙击穿到工频续流的切断不超过半个工频周
7、期，继电保护来不及动作系统就已恢复正常。,新型的氧化锌避雷器出现于20世纪70年代，现在已在全世界得到广泛应用，其性能比碳化硅避雷器更好，其阀片是由氧化锌为主要原料，并添加其他微量的氧化钴、氧化锰、氧化锑等金属氧化物烧结而成，所以也称为金属氧化物避雷器（MOA）。图5-2为氧化锌阀片的伏安特性，它在 的宽广电流范围内呈现出优良的平坦的伏安特性。氧化锌阀片的伏安特性可分为低电场区I、中电场区II以及高电场区III3个区。,图5-2 氧化锌阀片的伏安特性,氧化锌避雷器与碳化硅避雷器相比主要优点在于：无间隙，无续流，通流容量大。前两条优点主要来源于氧化锌阀片优良的非线性特点，工作电压下流过阀片的电流
8、极小，为微安级，故不需要间隙来隔离，也不存在工频续流，在雷击或操作过电压作用下，只需吸收过电压能量，而不需吸收续流能量。无串联间隙的特点还使氧化锌避雷器省去了间隙的放电时延，具有优越的陡波响应特性。氧化锌电阻片单位面积的通流能力为碳化硅电阻片的45倍。通流容量大的优点使得氧化锌避雷器完全可以用来限制操作过电压，也可以耐受一定持续时间的暂时过电压。,5.1 避雷器的预防性试验,表5-1 避雷器预防性试验项目,注“”表示正常试验项目，“”表示不进行该项试验，“”表示大修后进行，“”表示必要时进行。,5.1.1 绝缘电阻测量,对35kV及以下的氧化锌避雷器，用2500V兆欧表测量，测得的绝缘电阻值不
9、应低于1000M；对35kV以上的氧化锌避雷器，用5000V兆欧表进行测量，测得的绝缘电阻值不应低于2500 M。对500kV氧化锌避雷器还应用2500V兆欧表测量其底座绝缘电阻，以检查瓷瓶套座是否进水受潮，测得的绝缘电阻值不应低于1000M。,5.1.2 工频放电电压测量,对阀型避雷器测量工频放电电压是一个重要试验项目，其主要目的是检查火化间隙的结构及特性是否正常，检查它在过电压下是否有动作的可能性。测量工频放电电压的接线如图5-3所示。,图5-3 测量FS型避雷器工频放电电压接线图,5.1.3 电导电流测量,直流电压加于带并联电阻避雷器两端所测得的电流称为电导电流。测量电导电流是带并联电阻
10、避雷器的一个十分重要的项目，测量的目的是检查避雷器的并联电阻是否受潮、老化、断裂、接触不良以及非线性系数是否相配。测得的电导电流若显著降低，则表示并联电阻断裂或接触不良，或表示并联电阻受潮或瓷腔内进潮；若逐年降低，则表示并联电阻劣化。,图5-4 电导电流测量试验回路T1调压器；T2试验变压器；S测量球隙；F避雷器；C稳压电容；R1保护电阻R2高值电阻；PV静电电压表；PA1、PA2、PA3微安表,5.1.4 氧化锌避雷器直流试验,测量氧化锌避雷器在直流1mA下临界动作电压，是氧化锌避雷器预防性试验的必检项目，每年在雷雨季节到来之前必须进行该项试验，通过试验可以检查其阀片是否受潮，确定其动作性能
11、是否符合要求。,进行直流1mA测量，需要注意：1)因泄漏电流大于200A以后，随电压的升高，电流急剧增大，故应仔细地升压，当电流达到1mA时，准确地读取相应的电压U1mA。2)测量前应仔细地将避雷器外绝缘套管表面擦拭干净，以防止表面泄漏电流的影响。3)测试后应对U1mA进行温度系数校正，温度系数，一般约为0.050.17。现场试验时可以粗略按温度每增高10，U1mA约降低1进行折算。在测量完U1mA后，接着进行0.75U1mA直流电压下泄漏电流的测量。由于该直流电压比最大工作相电压（峰值）要高一些，测量此电压下的泄漏电流可以检查长期允许工作电流是否符合规定。这一泄漏电流与氧化锌避雷器的寿命有直
12、接关系（一般在同一温度下此泄漏电流与寿命成反比）。规程规定，0.75U1mA下的泄漏电流应不大于50A。,5.2避雷器的在线监测,5.2.1 无并联电阻避雷器在线监测,广泛用于配电线路的无并联电阻FS型避雷器，由于安装数量多且地点分散，每年进行预防性试验十分麻烦。对其进行简单的在线检测是最有效的方法，目前主要进行绝缘电阻在线监测和泄漏电流在线监测。,A 绝缘电阻在线监测,在线监测无并联电阻FS型避雷器绝缘电阻可用兆欧表带电监测，其接线如图5-5所示。测试前断开避雷器下端的接地连线（或在安装时就考虑能方便地进行在线检测），而兆欧表的接地端子E应先可靠接地。当兆欧表动作而指针指向“”时，用操作杆将
13、此兆欧表的线路端子L接到避雷器原接地端，直到指针稳定后才读取避雷器的绝缘电阻值。,图5-5 避雷器绝缘电阻在线监测原理图,B 绝缘电阻在线监测,对无并联电阻的FS型避雷器，在交流运行电压下接入全波桥式整流电路，构成在线监测泄漏电流基本接线，如图5-6所示。由于FS型避雷器是由SiC阀片串以多组平板型间隙组成，间隙间的电容极小，电容电流往往不超过2A，当避雷器瓷套内部受潮时，测得的微安值将明显增大。,图5-6 FS型避雷器泄漏电流在线监测,C 工频放电电压的在线监测,图5-7 FS型避雷器工频放电电压的在线监测,Ud=U1U0Ud=U2U0,即,5.2.2 有并联电阻避雷器的在线监测,A 电导电
14、流在线监测,因各厂所用的均压电阻阻值不同，在测量时要注意将同一试品的历次测值作纵向对比，并将同一类试品三相的电导电流作横向对比，如三相电导电流的最大和最小者分别为Imax和Imin，则其不平衡系数为,当三相电导电流不平衡系数vi25时，该避雷器宜退出运行，送回实验室作进一步的试验。,B 交流分布电压的在线监测,当避雷器中非线性并联电阻变质、老化、断裂、受潮时，其阻值发生变化，从而使每个元件上分布电压发生变化。因此，测量最下一节避雷器在运行电压下的分布电压，能够分析判断避雷器是否存在缺陷。即测量图5-8中的D点对地电压，这时需要分别测量三相的最下节分布电压。,测得三相分布电压后，可计算电压的不平
15、衡系数vu，若Umax为三相中最大分布电压、Umin为三相中最小分布电压，则,当vu15%时，建议避雷器停止运行，并进行进一步试验，以鉴定其是否可以继续运行,图5-8 FZ型避雷器电导电流的在线监测1电阻杆；2放电记录器；3被试避雷器,5.2.3 氧化锌避雷器在线监测,A 全电流在线监测,目前国内许多运行单位使用MF-20型万用表（或数字式万用表）并接在动作记数器上测量全电流，其测量原理与有并联电阻避雷器电导电流测量原理基本相同，这是一种简便可行的方法。俄罗斯等国广泛使用的全电流监测仪原理如图5-9所示。,图5-9 全电流在线监测原理图,B 阻性电流在线监测,监测流经MOA的阻性电流分量或由此
16、产生的功耗能发现MOA的早期老化。因阻性电流仅占全电流的520，故监测全电流很难判断MOA的绝缘劣化，故应进行阻性电流的在线监测。而在线监测MOA全电流、谐波电流、零序电流等方法都只是从MOA下端取得电流信号，但要从全电流中分出其阻性电流分量来，需取试品的端电压来作为参考信号。,图5-10 阻性电流监测仪基本原理,C 在线监测时相间干扰的影响,表5-3 某500kV变电站MOA阻性电流监测结果,现以一组三相MOA的在线监测为例，作一简化的定性分析：当它们如图5-11那样成一直线排列时，在测量边相A相底部的电流时，主要是A相外施电压Ua经A相MOA所引起的容性分量Iac及阻性分量Iar；另外还有
17、邻相B相与A相间的杂散电容Cab所引起的容性干扰电流Ib（C相因距离A相更远，其影响可忽略）。画出其相量图如图5-12所示：干扰电流Ib固然不大，但它在原阻性电流Iar方向上的分量就将使在A相下部在线测得的“视在”阻性分量Iar明显增大了。同理，B相对C相间的电容耦合使C相MOA下部测得的“视在”阻性分量变小。而B相因位置居中，A、C两边相对其的电容耦合基本对称，影响也就可忽略了。,图5-11 三相MOA成直线排列时，相间耦合示意图,图5-12 定性表示由于相间耦合使测值有改变,如何添加必要的硬件或软件来消除相移角的影响呢？国内有一种比较成功的做法是：当测量处于边相位置的MOA时，不仅用一钳形电流互感器测取该相MOA下端的电流，且用另一钳形电流互感器测取与其对称位置的另一边相下端的电流。由于相间杂散电容的耦合，使两边相下端测得这两电流之间的相位差已不是120，而是，因而可用软件求出后将基准电压相位自动移相角，然后仍可用常规的测阻性电流方法测出比较准确的IR及P。,另一种方案是在被测MOA的最下端的瓷套外贴以金属箔电极，认为感应得的电压相位与最下端阀片上的电压梯度同相，以此为基准来分辨MOA下端处测得电流中的阻性及容性分量。,
