110KV罐式氧化锌避雷器的应用

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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 西华大学安德校区专科毕业设计 第1 页摘 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，

4、在释放过电压能量后避雷器会自动恢复到不导通的正常状态。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、

5、防止因线路故障而跳闸是当前输变电工业的重要课题之一。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

6、究制造出多种类型110500kV线路避雷器，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

7、整个生产过程近40道工序 。仅阀片生产中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

8、系统正常供电2。最原始的避雷器是羊角形间隙，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

9、体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅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

10、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。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

11、雷器只流过很小的电流。1.3 避雷器的分类在当今社会上，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

12、，但是由于排气型避雷器固有的结构特 点，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

13、统，保护发电、变电设备的绝缘。但其也存在着一定的缺点：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

14、过电压，运行维护方便，使用寿命也长，造价也低，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