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1、避雷器及其试验主要内容1) 避雷器的特性2）避雷器的作用和选用原理3) 避雷器(MOA)试验避雷器的发展过程阀片的微观结构1为ZnO晶粒，其平均直径 约为l0um，电阻率约为1 10欧/cm 2为由氧化铋构成的晶间层 ，厚度约为0.lum.晶界层的 电阻率为1013一1014欧/cm 。 3是杂散地分布于晶间层内 的尖晶石Zn1Sb2O11，其直 径约为3um，尖晶石对阀片 的电气特性无显著影响。阀片的微观结构一般认为，由于在晶粒与晶间层间形成了势垒，故使阀片 具有很强的非线性氧化锌阀片是以氧化锌为主并掺 以Sb、Bi、Mn、Cr等金属氧化 物烧制而成的。 当施加较低电压时，晶界层近似 绝缘状
2、态，电压几乎都加在晶界 层上，流过避雷器的电流只有微 安量级；电压升高时，晶界层由 高阻变低阻，流过的电流急剧增 大。避雷器的特性金属氧化物避雷器（MOA）MOA避雷器的参数参考电流Irefac是用来决定交流参电压Urefac及流过阀片的阻 性电流(峰值)，其值应足够大，以使refac的测量不受寄生电容影 响，但又避免发热。参考电流值视阀片截面积的大小可有不同 的值，Irefac=25mA.我国取Irefdc=1mA.当Irefac=Irefdc=1mA时( 即lgI=0），UrefacUrefdc参考电流及 参考电压起始动作电压。 在接近拐点处， 电流为毫安级的 残压值。额定电压指由动作负载
3、试验确定的避雷器上下两端子 间允许的最大工频电压有效值，避雷器在该电压下应能正常 工作。在由避雷器动作负载试验条件所规定的一系列试险中，允许 施加于MOA上的工频电压最高值（kV,有效值)称为避雷器的 额定电压Uret，Uret=96-312kV的MOA,2Uret=Urefac（23mA）Urefdc （1mA）;Uret=420-468kV的MOA,2Uret=Urefac（5mA） 1.05Urefdc（1mA）MOA避雷器的参数MOA避雷器的参数持续运行电压 - MOA持续运行电压。指允许持续加 在避雷器两端子间的工频电压有效值，一般小于 避雷器的额定电压。持续电流。指在持续运行电 压
4、下的电流，包含阻性分量和容性分量。长期作用在避雷器上的运行电压不得超过避雷器 的持续运行电压，选择避雷器时必须注意这个参 数。由于阀片的非线性，当正弦电压作用时，阻性电 流除基波外，还有一系列的奇次谐波.劣化将主要 使其中的3次谐波电流加大，受潮将主要使其中的 基波电流加大. MOA避雷器的参数MOA的荷电率：荷电率表达式为：荷电率=（正常施加电压幅值/参考电压）100%。早期MOA荷电率取40%一 70%.现在一般有效接地系 统取80%,不接地系统取 45%。提高荷电率，能减 少电阻片串联片数，降低 残压；但荷电率高了，会 加速阀片的老化，使用寿 命缩短，引起事故。MOA避雷器的参数残压放电
5、电流通过避雷器时其端子间的最大电压峰值。表示避雷器的保护特性a.陡波冲击电流残压；b.雷电冲击电流残压； c.操作冲击电流残压。避雷器工频电压耐受时间特性-在 规定条件下，对避雷器施加 不同的工频电压，避雷器不 损坏、不发生热崩溃时所对 应的最大持续时间的关系曲 线。脱离器-在故障时，使避雷 器引线与系统断开以排除系 统持续故障的一种装置。切 除时避雷器的故障电流通常 不是该装置的功能，故不一 定能防止瓷套爆炸。其它电气参数在一定温度下，参数的变化规律: (1)电容C与作用的工频电压峰值Um 间的关系曲线是V型的，在某一Um 有最小值: (2)介损tg是Um的单调上升函数， Um大于一定值后，
6、随Um的加大， tg8剧烈地增加， (3)在不同的IR、Um范围内，a有不 同的值，在某一IR、Um范围内，a 值有突变.温度对MOA的影响1热电子发射(肖特基定理)-绝对值较大的负温度系数2当晶界层电压到12伏,场强10MV/cm,出现隧道效应.与温度无关3当电流密度10A/ cm2,ZnO晶粒电阻(020.7)作用,正温度系数.温度对MOA的影响a度特性。在小电流区域，呈负的温度特性;电流超过100mA，温 度的变化影响变小;电流超过100A，又呈现正的温度特性。温度对MOA的影响热损耗功率与散热平衡动作时,处于决热状态动态热稳定避雷器老化MOA的老化特性。除了阀片本身 老化外，本体的其他
7、构件的老化. 如内部构件的耐压、耐热性能、 密封的老化等。MOA破坏机理阀片在不同波长,不同幅值电流作用下,其破坏的形式 和机理不同。在一定电压下,分为热破坏和冲击破坏.热破坏-指工频持续作用下,热平衡破坏。冲击耐受能力（冲击能力吸收能力）与其结构的均匀 性密切相关。破裂破坏机理破裂破坏机理是阀片在短 时间、大幅值的冲击电流 作用下，内部有一个绝热 升温过程。由于阀片各单 元的热物理性能存在很大 差异，电极与阀片的点状 接触，各单元之间吸收的 能量存在较大的差异，使 得阀片内部各单元之间存 在很大的温度梯度，温度 梯度产生热应力。当热应 力达到一定值时，热膨胀 导致阀片破裂穿孔破坏的机理穿孔破
8、坏的机理是在时间较 长、幅值较大的冲击电流作 用下，阀片单元之间存在热 传导，阀片表面与环境之间 存在自然对流换热，但阀片 各单元之间存在电性能的非 均匀性，某些单元的1mA电 压较低，引起电流集中，温 度升高。当温度达到一定值 后，晶界层熔化，形成贯穿 性的小孔。引起阀片穿孔破 坏的时间与电流成反比冲击电流作用 温升不同电流下，阀片温度分布电压耐受性能方波耐受性能常见MOA结构与电位分布避雷器电位分布与调整 330kV, 500kV线路避雷器的突出技术问题是电位分布不均匀。与瓷套 式避雷器不同，它是悬挂在空中的。 在结构上不能采用外并电容的均压措 施。避雷器高度超过5m时，如不采取措施 ，其
9、电位分布不均匀系数将达1.2，荷 电率达98。将加速高场强处电阻片 的老化。改变均压环的数量、大小、 放置位置及下垂深度等措施使500kV无 间隙线路避雷器(5.4m高)电位分布不 均匀系数限制在1.4%以下，MOA结构与电位分布安装位置与电位分布MOA表面污秽与电位分布并联间隙MOA避雷器参数选用避雷器的一般程序2.1 根据系统最高工作电压确定避雷器的持续运行电压。 2.2 估算避雷器安装点的暂时过电压幅值和持续时间。 2.3 估算通过避雷器的雷电过电压放电电流的最大幅值。 2.4 估算通过避雷器的操作过电压放电电流和能量。 2.5 选择避雷器的额定电压、标称放电电流等级。 2.6 确定所选
10、择避雷器的保护水平。 2.7 根据避雷器与被保护物的距离和其他影响因素，计算用避雷器保护时在被保护设备上出现的过电压值。 2.8 校核被保护设备的雷电过电压、操作过电压耐受强度是否高于被保护设备上出现的过电压值。避雷器电气保护特性额定电压-持续运行电压-荷电率-保护比-伏秒特性-避雷器耐受工频时间t=1200s是按计划的合闸操作、系统同步及调度操 作(当电压升高的水平低于二级保护、过电压慢保 护所整定的水平时，需进行调度操作)所需的时间;t=20s是上述的过电压慢保护，加一定的裕度所需 的动作时间:t=1s是一级保护，即过电压块保护的动作时间;t=0.1s是中性点有效接地系统，开关快速动作切除
11、 故障的时间.避雷器耐受工频时间耐受曲线交叉问题MOA与其他设备的耐受曲线并不 是所预期的全面地超过其它设备. 如：550kv变压器及MOA:在0.1和 1.0时间，约为短时工频电压的 0.95倍及1.0倍，即约1.9倍与2.0 倍. MOA的工况:0.1s-2.0倍，MOA电 流高达2830A，电流半波持续的时 间为2.87ms,工颇半波内吸收 4370kJ工频耐受的重复数与时间间 隔问题.在前苏联规定了在 MOA的整个运行期(25年) 内，耐受持续时间1200s的 工频过电压200次.GE公司 也有类似要求。当着重研究目前多用的、部分地利用空气绝缘的变电站的过电 压防护、绝缘配合问题时，我
12、们感兴趣的是阀片在微秒至毫秒 范围内的响应。当着重研究气体绝缘的变电站的同类问题，要 考虑10100ns范围内的响应。避雷器陡波特性GIS变电站的保护配合特点n伏秒特性比较平坦n波阻抗小、波速光速n电气距离小n无电晕n要求过电压高可靠性侵入雷电波侵入雷电波防护是变电站防雷的一个重要 方面，沿线路侵入发、变电站的雷电过电压是 很常见的，而变电站电气设备的绝缘水平要比 线路低得多，变电站对雷电进行波的保护是十 分重要的。特别是500kV电气设备的绝缘设计裕 度较小，变电站的侵入雷电波将直接威胁站内 电气设备的安全。变电站雷电侵入波计算建立计算模型将雷电流直接作用于有关的雷击点（进线段各杆塔）， 输
13、电线路（包括进线段、避雷线）、变电站各设备、连 接线、母线等，建立变电站进线段的分裂导线和双避雷 线构成的多导线耦合系统。依据规程建议的我国雷电流强度概率，取雷电流强度取值为：出现概率为3.5 0/00 的雷电流（216kA）幅值，进行分析计算。 绝缘子串正极性放电的伏秒特性用以下指数函数拟合：负极性放电的伏秒特性用正极性放电的伏秒特性的1.13倍。 例：雷击滕洲变电站出线2#塔时，作用在变 电站不同设备上的暂态过电压例：主要设备上最大过电压绝缘裕度 注：表中允许值是依据规程要求:内绝缘裕度在15%，外绝缘裕度在4%。 设备设备雷电 冲击耐受 电压（kV ）设备绝缘 水平(一) ( 允许值)
14、（kV）设备绝缘 水平（二 ） (允许值) （kV） 设备最大 侵入波过 电压（kV ）绝缘裕度 (%)变压器1550134812391048.132.3电抗器1675145713481442.113.9DL、CT1675145713481289.323CVT1675145713481497.510.6隔离开关16751595 14761048.132.3例：雷击滕洲变电站时， 变电站各处避雷器吸收的电流各种运行方式下的（绕击） 各处避雷器中流过的最大电流 雷击 类型接线 方式 避雷器最大电流（kA） 代码母线避雷器线路避雷器主变避雷器母线避雷器绕击 两线两变FS01有14.225.441.8
15、5 两线一变FS02有11.588.25.54一线一变FS03有13.619.796.39两线两变FS04有14.759.437.11 最大 有14.759.797.11模型中着重考虑的要素线路绝缘子串正极性放电的伏秒特性以通过雷电标准冲击 试验得到的指数函数进行拟合。变电站进线段的线路参数采用导线和双避雷线构成的多导 线耦合系统，多相分布参数分段进行模拟。每一级线路杆塔采用实际设计杆塔结构的分布参数模拟，避雷器的非线性电气特性的模拟研究同塔双回进线段结构的分布参数模型。为设计提出建设性的建议根据计算，当设计不满足绝缘配合要求时，分析 引起雷电过电压过高的根本原因，根据具体情况 ，提出解决办法
16、。如：延长线路避雷线到变电站母线构架所有设备均接在变电站进线门型塔之后减小个别主要设备与避雷器间的距离优化母线避雷器的安置位置合理调动线路高抗和线路CVT的相对位置合理要求变电站进线段杆塔接地电阻不同进线与最大保护距离220KV、110KV敞开式变电站避雷器保护距离MOA安装在进线上的效果比母线上好电压等级进线段避雷器保护距离（m） 220kV2km950902km850125 110kV1km55 2km125220KV、110KV敞开式变电站 雷电侵入波引起110kV和220kV敞开式 变电所进线断路器及CT等设备事故的发 生频度不容忽视。在多雷地区新设计110kV和220kV敞开式 变电所时，宜在每回进线的断路器线路 侧装设MOA，MOA至变压器之间的最大保 护距离要满足规程要求。安装位置:进线断路器线路侧附近或进 线终端塔的问题.220kV 断口击穿220kV CT35kV 断口外绝缘击穿避雷器主要性能试验 持
