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【阿里巴巴冶金】

  3~500kV交换电力

  体系金属氧化物避雷器使用导则

  SD 177-86

  中华公民共和国水利电力部

  关于颁发《3~500kV交换电力体系

  金属氧化物避雷器技能条件》和《3~500kV交换电力

  体系金属氧化物避雷器使用导则》的通知

  (86)水电技字第55号

  现颁发《3~500kV交换电力体系金属氧化物避雷器技能条件》(SD176- 86)和《3~500kV交换电力体系金属氧化物避雷器使用导则》(SD177-86),自 1986年12月1日起施行。

  该《技能条件》和《使用导则》,系参照国际电工委员会(IEC)有关尺度文件 并按我国目前金属氧化物避雷器制作和电网情形所制定,是选用和鉴定国产避雷 器的技能根据,也是选用进口避雷器的参照文件。

  施行中的问题和看法,请告北京清河电力科学钻研院高压所水利电力部避雷 器尺度化技能委员会秘书处。

  1985年8月25日

  1 引言

  金属氧化物避雷器是用以维护电气装备免受各种过电压迫害的维护装备。与 过去通例使用的普通和磁吹阀式避雷器(电阻片的重要原料为碳化硅)相比,由于以 金属氧化物为重要原料的电阻片具有优秀的非线性伏安特征,可以不须要串联间 隙。因此,维护特征仅有冲击电流通过时的残压,没有因间隙击穿特征变革所造 成的繁杂影响。这种电阻片因冲击电流波头光阴减小而导致残压增添的特征,也 比碳化硅阀片安稳,陡波响应特征很好。金属氧化物避雷器没有工频续流,因而 也没有灭弧问题。它的电阻片单位体积接收能量大,还可以并联使用,使能量吸 收才能成倍进步,在维护超高压长距离输电体系和大容量的电容器组时特殊有 利。

  另一方面,由于金属氧化物避雷器没有串联间隙,电阻片不仅要蒙受雷电过 电压和操作过电压,还要耐受正常的继续相电压和暂时过电压,因而存在着在这 些电压作用下的老化、寿命和热稳固问题。此外,在某些情形下,如避雷器和邻 近物体间的杂散电容,以及污秽等因素引起电压沿避雷器散布不均匀时,将造成 避雷器的局部过热。因此,在使用中斟酌的问题与通例的以碳化硅为重要原料的 避雷器有所不同,须要加以注意。

  本使用导则是配合部尺度SD176-86《3~500kV交换电力体系金属氧化 物避雷器技能条件》(以下简称《技能条件》)而制订的,针对金属氧化物避雷器的 特性,论述使用中应斟酌的问题。应当指出,目前这类避雷器重要用于110kV及 以上中性点有效接地体系。对于6~63kV中性点非有效接地体系,由于运行条 件、性能、价钱等问题,一般只用于有特别维护请求的场所。因此,本导则重要 针对110kV及以上中性点有效接地体系的使用问题,而对3~63kV中性点非有 效接地体系中的使用问题,重要在导则第4章中论述。

  2 选用避雷器的一般程序

  本导则斟酌的是安装在导线与接地部分之间的相对地避雷器,其选用的一般 程序如下:

  2.1 依据体系最高工作电压判断避雷器的继续运行电压。

  2.2 估算避雷器安点缀的暂时过电压幅值和继续光阴。

  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 判断所选择避雷器的维护程度。

  2.7 依据避雷器与被维护物的距离和其他影响因素,盘算用避雷器维护时在被保 护装备上呈现的过电压值。

  2.8 校核被维护装备的雷电过电压、操作过电压耐受强度是否高于被维护装备上 呈现的过电压值。必需斟酌装备外绝缘的空气绝缘强度与海拔高度的关系,以及 内绝缘强度随运行光阴而下降的因素。

  3 避雷器重要参数的选定

  3.1 继续运行电压

  由于金属氧化物避雷器没有串联间隙,正常工频相电压要长期作用在金属氧 化物电阻片上。为了保证必定的使用寿命。长期作用在避雷器上的运行电压不得 超过避雷器的继续运行电压,选择避雷器时必需注意这个参数。

  在实际利用中,加在避雷器两端的最大电压为体系最高工作电压Um的 1/,所以,选择金属氧化物避雷器时必需使它的继续运行电压大于或等于Um /。电力体系的额定电压、最高工作电压和最高工作相电压见表1。

  3.2 暂时过电压

  暂时过电压是由于长线电容效应、突然甩负荷、单相接地以及其他故障引起 的体系电压的暂时升高,其继续光阴约为零点几秒或几秒,并有振荡的暂态过 程。这种过电压作用于避雷器时使电流和能量损耗增大,温度升高。当金属氧化 物电阻片发生的热量与瓷套散发的热量之间失去平衡时,将导致热瓦解。因此, 避雷器必需具备耐受这种暂时过电压的才能,这是选择避雷器额定电压的一个主 要因素。

  单相接地时会引起健全相电压的升高。对于一般中性点有效接地体系中的变 电所,若零序电抗与正序电抗之比(X0/X1)在0与+3之间,而零序电阻与正序电抗 之比(R0/X1)在0与+1之间,则避雷器安点缀的接地故障系数不超过1.4。因此, 对110kV、220kV中性点有效接地体系,为了简化选择程序,其暂时过电压一般 采纳1.4倍体系最高工作相电压。对330kV及500kV体系,虽然接地故障系数一 般较低,但同时斟酌突然甩负荷及长线电容效应等因素,500kV体系中变电所线 路断路器母线和线路侧的暂时过电压一般辨别不超过1.3和1.4倍最大相电压。

  对无间隙的金属氧化物避雷器,不仅要斟酌安点缀暂时过电压的幅值,而且 要斟酌暂时过电压的继续光阴,并联合避雷器的初始能量来选择其额定电压。因 为暂时过电压也可能是由雷击或操作过电压引起体系故障而发生。因此,避雷器 在蒙受暂时过电压前会接收必定的操作过电压或雷电过电压能量,重要是操作过 电压能量。这部分初始能量会引起金属氧化物电阻片温度升高,因而影响避雷器 暂时过电压耐受才能。

  避雷器耐受暂时过电压的容许光阴是加在避雷器上暂时过电压值和初始过电 压能量的函数。对于具体的初始能量,《技能条件》6.5.5款中规定为动作负载试 验所发生的能量,紧接着加上预定的暂时过电压幅值,作出工频耐受伏秒特征曲 线。国外有的厂家供应的工频耐受伏秒特征曲线。其迭加的初始操作过电压能量 与两次长继续光阴放电所发生的能量大体雷同。

  制作厂应供应避雷器的工频耐受伏秒特征曲线,供用户在选用避雷器时使 用。

  表3和《技能条件》表1列出了可供选择的金属氧化物避雷器额定电压,按 上述请求在保证避雷器应有寿命的条件下,选择较低一级额定电压将取得更大的 维护裕度。但如与避雷器的工频耐受伏秒特征曲线(《技能条件》6.5.5款),即避 雷器耐受暂时过电压的才能相对比,超过了避雷器的耐受才能,则需选择额定电 压较高一级的避雷器。

  3.3 雷电过电压放电电流幅值

  通过避雷器的雷电过电压放电电流幅值,重要抉择于衔接到变电所的输电线 路、变电所对直击雷的防护和体系电压等级以及输电线路的绝缘程度等。我国 110kV及以上等级的线路均全线架设避雷线,维护角也对比小。一般觉得,通过 避雷器的雷电流幅值,110kV及220kV体系不大于5kA;330kV体系不大于 10kA;500kV体系,在变电所装有两组及以上同等的避雷器时,每组避雷器一般 不大于10kA,只有一组避雷器时不大于20kA。避雷器标称放电电流等级(《技能 条件》3.4条)即按此判断。

  通过避雷器的雷电流波形,按国度尺度GB311.6~10-83规定,采纳8/20 μs的尺度冲击电流波。

  为了考验整体构造和电阻片在更大的雷电流下的稳固性,《技能条件》6.5.3 款还规定进行大冲击电流动作负载实验,使用的冲击电流波形为4/10μs,幅值 为65kA、40kA及20kA。

  3.4 操作过电压放电电流能量

  电力体系中操作过电压的发生与运行方法的变换特征有关,情形对比繁杂, 一般可以分为如下几种情形:

  a.线路合闸和重合闸;

  b.空载变压器和并联电抗器分闸;

  c.线路非对称故障分闸和振荡解列;

  d.空载线路分闸和切合电容器组;

  e.中性点非直接接地体系的弧光接地过电压。

  钻研电力体系中的操作过电压以及通过避雷器的放电电流波形、幅值及能 量,可采纳暂态网络剖析仪(TNA),也可以采纳数字盘算程序(EMTP)盘算。

  基于对体系电路和操作过电压性质的某些简化假定,国际电工委员会(以下简 称IEC)《尺度》(草案)中采纳散布参数的链型冲击产生器模仿输电线路,转变冲 击产生器各链的参数可以模仿不同的线路长度和波阻抗,并依据不同的电压等级 按比例模仿不同的过电压倍数,然后向被试避雷器比例单元放电,形成近似操作 过电压电流的长继续光阴冲击电流。《技能条件》第6.4条参照IEC的规定,对 220kV及以上的金属氧化物避雷器,均请求进行长继续光阴冲击电流耐受实验。 对220kV、330kV及500kV体系的操作过电压倍数,辨别定为3.0、2.6及2.4 倍。这些倍数对现代的断路器来说是偏高的,如500kV的2.4倍,高于目前国内 线路设计中采纳的统计过电压倍数2.0倍,但为考验电阻片的通流才能,还是采 用IEC规定的数字(这只是避雷器实验用的数字,并不标记更改输电线路设计用的 过电压倍数)。与IEC草案中61.4.2款相比,《技能条件》中增添了表6,进一步 说明表5中实验所对应的体系参数。斟酌到我们可能有部分500kV线路较长,所 以IEC《尺度》(草案)表3中等级5原先是用在750kV电压等级的,《技能条 件》采纳了它的峰值视在继续光阴(对应于线路长度),而线路波阻抗与过电压倍数 则仍用500kV电压等级的数值,作为新的一级,实用于500kV线路长度超过 420km的情形。相应的数值列在表2中。

  对于110kV体系用的金属氧化物避雷器,不必进行按输电线路特征请求的长 继续光阴冲击电流的实验,可进行幅值为400A的2000μs矩形波冲击电流的试 验。

  《技能条件》表4中还列出3~63kV等级避雷器操作过电压实验电流为 1000A、500A、250A三种,这重要斟酌维护电容器时,不同容量电容器组的请求。

  金属氧化物避雷器与普通碳化硅避雷器的型式实验不同,它除要单独进行长 继续光阴冲击电流或矩形波冲击电流的实验外,还应做动作负载实验。在动作负 载实验中,最后在持续两次长继续光阴放电以后(100ms内),施加额定电压和继续 运行电压,对被试避雷器比例单元进行考验。可以觉得,避雷器在一次操作过电 压中接收的能量相当于两次长继续光阴放电的能量之和。

  注:表中标么值的基数是体系最高相电压的峰值。

  国外有的厂家为了使各种不同额定电压的避雷器的能量接收才能统一化,以 kJ/kV(避雷器额定电压)为单位表现。这个数字是按两次长继续光阴放电的能量算 出的。在使用TNA或盘算机算出具体安点缀的避雷器在一次操作过电压下须要吸 收的能量时,可以与厂家供应的能量接收才能进行校核。

  有的厂家对避雷器接收操作过电压的才能以电阻片通过必定幅值的2ms方波 电流表现,容许通过的次数为20次。这种表现方式与IEC规定的动作负载实验的 考验不同。动作负载实验是在避雷器接收操作过电压的能量后,立即施加额定电 压和继续运行电压,检验它是否维持热稳固,这是对避雷器接收操作过电压能量 的整体考验。方波实验只表现电阻片可以通过必定次数的方波电流,性能不产生 显着变革。而对避雷器在一次操作过电压中的能量接收才能,以及接收该能量后 能否连续在必定光阴的额定电压和随后的继续运行电压作用下维持热稳固,却得 不到明白的答案。

  3.5 额定电压

  避雷器的额定电压,应按3.2条的请求选定,并且要保证避雷器的继续运行 电压大于或等于所在体系的最高工作相电压。

  在必定的体系额定电压与装备绝缘程度下,避雷器的额定电压越低,维护水 平也越低,维护裕度则越大。因此,只要满足上述条件,就应尽量采纳较低额定 电压的避雷器。在判断暂时过电压的幅值时,不应按极端的条件盘算,应斟酌利 用避雷器工频耐受伏秒特征的可能,以免选取的避雷器额定电压过高,从而进步 对装备绝缘程度的请求或减少维护裕度,造成技能经济上的不合理情形。

  3.6 维护特征

  金属氧化物避雷器的维护特征,完整由它的残压判断。同碳化硅避雷器一 样,一般残压与避雷器的额定电压成比例。对于某一额定电压的金属氧化物避雷 器,其残压是通过避雷器电流的函数。在雷电冲击电流范畴内,还与冲击电流波 头光阴有关。

  金属氧化物避雷器的特征表内,至少应列有8/20μs标称放电电流下的残压 值。一般还应供应波头光阴为1μs,幅值等于标称放电电流的陡波冲击电流残 压值,为近区雷击盘算校核时使用。

  关于避雷器在操作过电压下的维护特征,《技能条件》6.3.3款规定进行操作 冲击电流下的残压实验,实验的波头光阴为30μs,因为操作冲击电流的波头时 间在30~100μs范畴内,对残压值无显明影响。电流幅值则按不同电压等级规 定不同的数值(这个幅值只用于维护特征的配合,并不请求长继续光阴冲击电流耐 受实验中的冲击电流也必需到达这个数值)。

  3.7 配合系数

  国度尺度GB311-83《高压输变电装备的绝缘配合》中,规定了高压电气 装备的绝缘程度。其中220~500kV等级的装备均订有两级基准绝缘程度,以适 应不同体系特性和过电压维护装备性能等具体情形。

  避雷器的维护特征,重要由陡波冲击电流残压、雷电冲击电流残压和操作冲 击电流残压来表现。相应的装备绝缘程度中的三点则为截波实验电压、全波实验 电压和操作冲击实验电压。它们之间应具有必定的配合间隔,通常用配合系数表 示。配合系数按下式盘算,即

  部尺度SD119-84《500kV电网过电压维护绝缘配合与电气装备接地暂行 技能尺度》,规定500kV电气装备内绝缘全波雷电冲击实验电压与避雷器10kA 雷电冲击电流残压间的配合体系应不小于1.4;操作波冲击实验电压与避雷器操 作冲击电流残压间的配合系数应不小于1.15。对于截波实验电压与陡波冲击电流 残压的配合系数没有明白的请求。

  判断避雷器的额定电压及相应的维护特征以后,即应校验其与被维护装备绝 缘程度之间的配合系数是否符合请求。如果配合系数低于上述数值,则应采纳高 一级绝缘程度的装备,或采用办法下降暂时过电压,以便采纳额定电压低一些的 避雷器。

  对于体系额定电压330kV及以下电气装备的配合系数,过电压维护规程中没 有明白规定。一般觉得,330kV一级可参照采纳500kV的配合系数,220kV及以 下的电压等级,则应取得更大一些。

  在实际工程中,当避雷器装在母线上须要同时维护电气距离对比远的变压器 和其他装备,或者维护电缆和电缆同架空线的接头,或者维护SF6气体绝缘金属 封闭电器时,要断定避雷器与被维护装备是否配合,则应通过盘算机盘算或模仿 实验来判断。

  3.8 污秽特征

  一般碳化硅避雷器,瓷套外表面污秽会引起电压散布不均匀,严重时会导致 间隙放电电压降落,甚至引起不能切断续流的事故。金属氧化物避雷器虽然没有 由间隙所引起的这类问题,但由于电压散布不均匀或暂态变革,会引起局部过 热。多节避雷器还可能产生通过电阻片的电流和瓷套外表面电流之间的转移。所 以,金属氧化物避雷器也必需进行污秽实验。

  人工污秽实验应能模仿避雷器由于污秽引起的热效应。实验成果应表明,有 足够外绝缘强度的避雷器的内部设计,不会使其能量接收才能下降到不能保证的 数值。

  但是,人工污秽实验很难代表实际的运行条件,因此,须要积聚自然污秽现 场实验的数据。

  首先应采用的办法是,遵照部颁污秽地域分级尺度,采纳相应的瓷套爬电距 离。

  4 中性点非有效接地体系中金属氧化物避雷器的利用

  金属氧化物避雷器在中性点非有效接地体系中的运行条件,比在中性点有效 接地体系中刻薄。非有效接地体系可能带单相接地运行继续一段光阴,也可能发 生铁磁谐振等过电压,因而过电压的继续光阴往往达几十分钟或更长,倍数也比 较高。如按此选择金属氧化物避雷器的额定电压,过电压继续光阴愈长,幅值愈 高,则要选的额定电压愈高,成果维护后果也愈差。反之,避雷器则有毁坏危 险。此时,对无间隙金属氧化物避雷器的要挟比普通阀型避雷器大,是个值得注 意的问题。同时,在非有效接地体系中,我国的金属氧化物避雷器在性能和价钱 上同普通阀式避雷器相比,也没有显明的优胜性。因此,对非有效接地体系,只 在特别情形下(诸如弱绝缘、频繁动作或须要释放较大的能量)才使用金属氧化物避 雷器。

  在中性点非有效接地体系中,须要使用金属氧化物避雷器维护的,通常有下 列三种情形:

  a.频繁切合的电动机;

  b.并联电容器组;

  c.SF6气体绝缘金属封闭电器。

  上述三种情形选用金属氧化物避雷器的条件也不雷同。维护频繁切合的电动 机时,由于电动机的绝缘程度较低,须要有对比好的维护特征,避雷器的额定电 压应选得低些;维护并联电容器组时,由于在操作过电压下通过避雷器释放的能 量较大,避雷器的额定电压要选得高些;SF6组合电器一般用于35kV和63kV等 级,体系的范围较大、产生继续光阴较长的过电压的时机较多,因而避雷器的额 定电压要选得高些。以上几种用处的避雷器的额定电压和维护特征,可按表3中 的参数选取。由于金属氧化物避雷器在中性点非有效接地体系中使用的经验还不 多,该表所列参数还是建议数值。在采纳时,还可依据具体情形有所变化。

  5 保护和反省

  5.1 保护

  为了防止避雷器由于严重污秽引起的局部过热,建议定期清扫或带电水冲 洗。

  5.2 反省

  发电厂、变电所的避雷器应安装专用的动作赌咒器,赌咒通过避雷器冲击电 流的次数。

  在正常运行电压下,通过避雷器内部的电流大约为数百微安,包孕阻性分量 和容性分量,其中重要是容性分量。此外,还有必定的流经瓷套外表面的透露电 流,其大小因污秽水平而异。通过专门的测量方式,用仪器和示波器定期监测通 过避雷器电流的阻性分量的变革,是断定避雷器电阻片的老化情形或寿命终止的 有效方式。

  金属氧化物避雷器应定期进行预放性实验,预放性实验的项目、周期和标 准,在部颁尺度《电气装备预防性实验规程》(1985年)中已作规定。

 

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  附加阐明:

  本尺度由水利电力部科学技能司提出,由水利电力部避雷器尺度化技能委员 会负责起草。

  起草工作组成员:李启盛 梁毓锦(以下按姓氏笔划为序)

  王志胜 王维洲 冯家明 刘叔华 张大琨

  张学鹏 张翠霞 沈宗扬 樊 力 颜 文