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毕业设计方案论文避雷器在电力系统应用中的问题分析

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毕业设计论文

题目：

避雷器在电力系统应用中问题分析

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摘要

避雷器在电力系统应用中问题分析

    文中阐述了避雷器自身防护问题及其对电力系统影响，简朴阐述了避雷器保护特性，分析了氧化锌避雷器在应用中问题及解决问题技术办法，探讨了防雷界热点问题。

    据国外关于技术资料记录，氧化锌避雷器损坏因素有雷电和操作过电压，受潮、污闪、系统条件、自身故障等，但仍有一定比例损坏因素不详，故仍有其在运营中对事故因素不明确问题。

又因氧化锌避雷器劣化速度离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运营环境等随机性，都决定着氧化锌避雷器安全运营可靠性，故需在此后工作实践中去研究、实验、摸索和总结，以使得其在运营中不安全因素可得以防止和完善。

第一章应用中问题探讨――――――――――――4

1.1 避雷器自身过电压防护问题――――――――4

1.2 避雷器自身对电力系统不安全影响―――――4

1.3 避雷器其持续雷电冲击保护能力――――――4

1.4工频能源挥霍―――――――――――――5

第二章避雷器保护特性―――――――――――――5

2.1避雷器保护特性参数――――――――――5

2.2 避雷器动作特性运营稳定性――――――――5

2.3 串联间隙氧化锌避雷器――――――――――6

2.4 避雷器运营工况监测―――――――――――6

第三章避雷器应用析――――――――-――――――6

3.1避雷器外形尺寸――――――――――――――7

3.2 避雷器性能价格比――――――――――――7

3.2 避雷器使用寿命问题――――――――――――7

第四章氧化锌避雷器密封问题――――――――――7

4.1 氧化锌避雷器密封问题―――――--――――8

4.2 电阻片抗老化性能差――――――――――――8

4.3 瓷套污染―――――――――――――――――8

4.4 高次谐波―――――――――――――――――8

4.5 抗冲击能力差――――――――――――――――8

第五章技术办法――――――――――――――――――8

5.1 设计选型―――――――――――――--――――9

5.2 在线监测――――――――――――――――――9

5.3 防污办法――――――――――――――――――9

5.4 谐波治理――――――――――――――――――9

5.5 技术管理――――――――――――――――――9

参照文献――――――――――――――――――――――10

道谢信―――――――――――――――――――――――11

第一章应用中问题探讨论

1.1 避雷器自身过电压防护问题

避雷器是过电压保护电器，其自身仍存在过电压防护问题。

对于能量有限过电压如雷电过电压和操作过电压，避雷器泄流能起限压保护作用。

对能量是无限（有补充能源）过电压，如暂态过电压（工频过电压和谐振过电压总称），其频率或为工频或为工频整数倍或分数倍，与工频电源频率总有合拍时候，如因某些因素而激发暂态过电压，工频电源能自动补充过电压能量，虽然避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减，暂态过电压如果进入避雷器保护动作区，势必长时重复动作直至热崩溃，避雷器损坏爆炸，因而暂态过电压对避雷器有致命危害。

如果已将所有暂态过电压限定在保护死区内不受其危害避雷器，称之为暂态过电压承受能力强，反之称暂态过电压承受能力差。

碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强，但由于运营中动作特性稳定性差，常因冲击放电电压（保护动作区起始电压）值下降，仍也许遭受暂态过电压危害。

无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压（可近似地把参照电压当作拐点电压）偏低，仅2.21～2.56Uxg（最大相电压），而有些暂态过电压最大值达2.5～3.5Uxg，故有暂态过电压承受能差缺陷。

对暂态过电压危害有效防护办法是加构造性能稳定串联间隙将所有暂态过电压限定在保护死区内，使避雷器免受其危害。

串联间隙氧化锌避雷器有此独具长处。

1.2 避雷器自身对电力系统不安全影响

   保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后，保护回路再也没有限流元件，保护动作都要导致接地故障或相间短路故障，保护作用增多电力系统故障率，影响电力系统正常、安全运营。

应用氧化锌避雷器，从主线上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障，且不用自动重叠闸装置就能减少线路雷害停电事故。

1.3 避雷器其持续雷电冲击保护能力

    有时高压电力装置也许遭受持续雷电冲击，持续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs至数千μs，间隔时间极短。

碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流，切断续流时耗最大达10000μs，一次保护循环时间要远不不大于10000μs才干恢复到可进行再次动作能力，故碳化硅避雷器没有持续雷电冲击保护能力。

氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流，雷电流泄放（不大于100μs）完毕，及时恢复到可进行再次动作能力，故氧化锌避雷器具备持续雷电冲击保护能力，这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区防雷保护尤为重要。

1.4工频能源挥霍

　　只关注防雷器件泄放雷电流限（降）压保护作用，轻视或忽视有些器件同步泄放工频电流挥霍能源作用。

保护间隙或管型避雷器保护动作也许随着短路电流（几kA至几十kA）对地放电，碳化硅避雷器保护动作有工频续流（避雷器FS型为50A，FZ型为80A，FCD型为250A）对地放电，而导致能源挥霍，使用氧化锌避雷器可彻底避免保护作用带来工频能源挥霍。

第二章避雷器保护特性

2.1避雷器保护特性参数

   各种型号避雷器在同用途同电压级时，其雷电残压参数相似或接近，这是由于各生产厂都是按国标规定决定残压值。

有人以为既然雷电残压值同样，它们保护作用和效果也应是同样，随意选用哪种型号都可以。

这是一种偏见，由于除雷电残压外，尚有其他保护参数，如工频放电电压值，冲击放电电压值，是考察避雷器暂态过电压承受能力，保证其长期正常运营参数；又如与否有雷电陡波残压值，是标示避雷器防雷保护功能完全重要参数。

综合来看，只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数，也就是说它有齐全防护功能。

2.2 控制无功补偿和电压优化规则

    碳化硅避雷器保护动作要泄放雷电流和工频续流，动作负载重，经计算每次动作泄放雷电流为0.04～0.07C电荷量，工频续流为0.5～2.5C电荷量，后者与前者相比普通为11～17倍，且其间隙数量多隙距，常因动作负载重使某些间隙烧毛烧损，此外瓷套外壳脏污潮湿也会影响内间隙电容分布，这些都也许使某些间隙失效而减少冲击放电电压值，即动作特性稳定性差，也许增长保护动作频度，或遭受暂态过电压危害，而加速损坏。

串联间隙氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流而无续流，动作负载轻，间隙不需具备灭弧及切断续流能力，故间隙数量特少，3～10kV避雷器仅一种间隙，35kV避雷器为3个间隙串联，间隙工频放电电压值与碳化硅避雷器相似，符合GB7327规定，故间隙隙距大，动作特性可保持长期运营稳定。

2.3 控制流程

   碳化硅避雷器因其间隙构造（隙距小，数量多）带来某些缺陷：

如没有雷电陡波保护功能；没有持续雷电冲击保护能力；动作特性稳定差也许遭受暂态过电压危害；动作负载重寿命短等。

无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低，有暂态过电压承受能力差，损坏爆炸率高和寿命短等缺陷。

串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO阀片，其间隙构造不同于碳化硅避雷器，因其间隙数量少，当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿，同步因隙距大动作特性稳定，故它可避免碳化硅避雷器间隙带来一切缺陷。

串联间隙氧化锌避雷器间隙已将所有暂态过电压限定在保护死区内免受其危害，故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺陷。

串联间隙氧化锌避雷器仍有前两种避雷器保护性能长处，而避免它们缺陷。

2.4 无功补偿与电压优化控制原理

    避雷器失效重要特性是泄漏电流增大，运营中不易发现，有也许长时带病运营，以致扩大事故，故有必要监察其运营工况。

碳化硅避雷缺少监察手段，靠每年定期普遍测试筛选裁减这样作事倍功半，还不能随时剔除失效品。

氧化锌避雷器可附带脱离器，当其失效损坏时，脱离器自动动作（30mA时不不不大于8min）退出运营，以免导致更大损失和事故，提高运营安全可靠性。

第三章应用分析

3.1避雷器外形尺寸

    制造避雷器均按户内外两用条件决定其瓷套绝缘强度，其外形尺寸与阀片材料关于。

当其用于架空线路或户外变配电设备时，因其相间距大，避雷器外形尺寸不会带来不良影响。

户内手车式开关柜因其体积尺寸较小，避雷器外形尺寸大时会带来不良影响。

碳化硅避雷器SiC阀片其单位通流容量仅为ZnO阀片1/4，在相似通流能力（5kA）条件下，SiC阀片直径较大，避雷器外径也大；在相似额定电压和残压条件下，碳化硅避雷器高度比氧化锌避雷器大。

尤以35kV级更为明显。

如JYN1－35型手车柜112方案，原用FYZ1－35型无间隙氧化锌避雷器，高仅650mm，装在柜后部隔室内简易手车上，上部有隔离插头，因该产品已停产，工程设计坚持改用FZ3－35型碳化硅避雷器，高1500mm，隔室高度不够，只得将母线室与隔室间隔板取消，避雷器直接与主母线相联，这样避雷器测试或更换必须在整段主母线断电下进行，运营维护困难，而避雷器外径较大，相间空气净距不够，加装相间绝缘隔板，有老化受潮绝缘事故隐患。

氧化锌避雷器外径和高度相对较小，35kV级还可作成悬挂式，如Y5CZz－42/110L型串联间隙氧化锌避雷器，高度仅640mm。

小型化避雷器更有助于手车柜内安装使用。

3.2 控制无功补偿和电压优化规则

   无间隙氧化锌避雷器阀片运营中长期承受电网电压，工作条件严酷，产品制造时要对阀片严格测试筛选，合格率低成本高，故价格也高；因它有暂态过电压承受能力差致命弱点，不适于在国内3～35kV电网中推广使用。

串联间隙氧化锌避雷器因有间隙，大大改进阀片长期工作条件，产品制造时对阀片测试筛选规定相对低些，合格率高成本低，价格也就便宜，串联间隙氧化锌避雷器价格比无间隙氧化锌避雷器普遍便宜，有时也比碳化硅避雷器（如3～10kVFZ型）便宜，同步它对其他防雷器件均有扬长避短作用，实为当代最先进防雷电器，具备高性能价格比，是避雷器更新换代普及和推广产品。

3.3 控制流程

避雷器使用寿命与许多因素关于，除制造质量，密封失效受潮及其他外界因素外，避雷器阀片老化速度是影响寿命核心因素。

碳化硅避雷器因其动作和负载重，续流大，动作特性稳定差，也许遭受暂态过电压危害等因素，加速阀片老化，寿命不长，普通7～，甚致有仅3～5年。

无间隙氧化锌避雷器阀片长期承受电网电压，工作条件严酷，拐点电压低，动作频度大，还也许遭受暂态过电压危害，温度热损伤等因素，迅速加快阀片老化，寿命较短，有比碳化硅避雷器还短。

串联间隙氧化锌避雷器间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压，时间极短（100μs内），在其他状况下阀片对于电网电压，或处在隔离状态（纯间隙时），或处在低电位状态（复合间隙电阻分压），大大改进阀片长期工作条件，还可免受暂态过电压危害和温度热损伤，保证阀片温度不超过55℃，从而保证避雷器寿命达以上。

第四章氧化锌避雷器运营中问题分析

4.1氧化锌避雷器密封问题

    氧化锌避雷器密封老化问题，重要是生产厂采用密封技术不完善，或采用密封材料抗老化性能不稳定，在温差变化较大时或运营时间接近产品寿命后期，导致其密封不良而后使潮气浸入，导致内部绝缘损坏，加速了电阻片劣化而引起爆炸。

4.2 电阻片抗老化性能差

   在氧化锌避雷器运营在其产品寿命后期，电阻片劣化导致泄漏电流上升，甚至导致与瓷套内部放电，放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高，而引起氧化锌避雷器本体爆炸，内部放电不太严重时可引起系统单相接地。

4.3 瓷套污染

   由于工作在室外氧化锌避雷器，瓷套受到环境粉尘污染，特别是设立在冶金厂区内变电所，由于粉尘中金属粉尘比例较大，故给瓷套导致严重污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面不均匀，而使沿瓷套表面电流也不均匀分布，势必导致电阻片中电流IMOA不均匀分布（或沿电阻片电压不均匀分布），使流过电阻片电流较正常时大1—2个数量级，导致附加温升，使吸取过电压能力大为减少，也加速了电阻片劣化。

4.4 高次谐波

冶金公司电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备应用及轧钢生产冲击负荷等影响，使电网上高次谐波值严重超标。

由于电阻片非线性，当正弦电压作用时，尚有一系列奇次谐波，而在高次谐波作用时就更加速了电阻片劣化速度。

4.5 抗冲击能力差

氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故，其因素是因电阻片在制造工艺过程中，由于其各工艺质量控制点控制不严，而使电阻片耐受方波冲击能力不强，在频繁吸取过电压能量过程中，加速了电阻片劣化而损坏，失去了自身技术性能。

第五章技术办法

5.1设计选型

    　　在设计选型上，应首选有近年稳定运营实践产品，在选取生产厂时，应选取有先进工艺设备和完善检测手段生产厂，才干保证所选用氧化锌避雷器具备高抗老化、耐冲击性能，以使在产品寿命周期内稳定运营。

5.2 在线监测

    增设氧化锌避雷器在线监测仪，并加强对在线监测仪巡检力度，特别是在雷雨后和易发生故障部位（有电弧炉负荷母线段、氧化锌避雷器寿命已到后期）增长巡次数。

定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪校验。

5.3 防污办法

    采用必要避雷器瓷套防污办法，如定期清扫或涂以防污闪硅油，在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型氧化锌避雷器。

。

5.4 谐波治理

    加强电网谐波治理力度，在有谐波源母线段增设动态无功补偿和滤波装置，以使电网高次谐波值控制在国标容许范畴内。

5.5 技术管理  

加强对氧化锌避雷器技术管理工作，即对运营在网上每一只氧化锌避雷器建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪运营记录均要存入技术档案，直至该避雷器退出运营。

　　据国外关于技术资料记录，氧化锌避雷器损坏因素有雷电和操作过电压，受潮、污闪、系统条件、自身故障等，但仍有一定比例损坏因素不详，故仍有其在运营中对事故因素不明确问题。

又因氧化锌避雷器劣化速度离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运营环境等随机性，都决定着氧化锌避雷器安全运营可靠性，故需在此后工作实践中去研究、实验、摸索和总结，以使得其在运营中不安全因素可得以防止和完善。

参照文献

［1］何仰瓒，温增银，汪馥瑛，等.电力系统分析［M］.武汉：

华中理工大学出版社，1996.

［2］孙成保，李广泽.配电网实用技术［M］.北京：

中华人民共和国水利水电出版社，1997.

［3］湖南省电业局中心实验所编.阀式避雷器.1958.

［4］（苏）希思曼著.高压阀式避雷器.1975.

［5］程学启，杨春雷，咸寻常，等．线路避雷器在输电线路防雷中应用［J］．中华人民共和国电力，1999，32（8）：

66—67.

［6］.避雷器设计生产安装新工艺新技术与产品质量检测实用手册.5月.

［7］中华人民共和国原则出版社编.输变电惯用原则汇编避雷器卷.-2-1.

［8］国家电网公司生产部组编.110KV-500KV架空输电线路管理制度宣贯培训读本.-12-1.

［9］国家经济贸易委员会电力司.电力技术原则汇编电气某些第11册电力电容器及避雷器,:

道谢信

感谢我各位导师，她们严谨细致、一丝不苟作风始终是我工作、学习中榜样；她们循循善诱辅导和不拘一格思路予以我无尽启迪。

回忆这一路走来，我要深深感谢我各位导师，您在讲坛上布满智慧谈吐，把我引进了科学殿堂；您严谨治学态度和敏锐洞察力，为我在道路上前行指明了方向；您乐观态度以及坚韧不拔毅力，深深影响了我人生态度……您对我指引将让我受益终身。

       感谢您们给了我成长舞台，在这些日子里我学会了诸多诸多，从社交礼仪和团队合伙，从策划活动到总结发言……您们对我辅导是我人生路程中至关重要一课。

各位导师严谨治学态度、渊博知识、活跃学术思想、执着科研精神及崇高做人原则，都给我留下了终身难忘印象。

所有这一切都将成为我受益终身宝贵财富!

在此，学生谨向各位导师表达衷心感谢!