交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则drgh.docx

35000kVV交流电电力系统金属属氧化物物避雷器器使用导导则SD 1177-86  中华人民民共和国国水利电电力部关于颁发发35000kV交交流电力力系统金属氧化化物避雷雷器技术术条件和和35000kV交交流电力力系统金属属氧化物物避雷器器使用导导则的的通知(86)水电技技字第555号      现颁发发35000kV交交流电力力系统金金属氧化化物避雷雷器技术术条件(SD176 86)和3500kV交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则(SD17786)，自 1986年12月1日起施行。     该技技术条件件和使用导则，系参照国际电工委员会(IEC)有关标准文件并按我国目前金属氧化物避雷器制造和电网情况所制订，是选用和鉴定国产避雷器的技术依据，也是选用进口避雷器的参照文件。     施行中中的问题题和意见见，请告告北京清清河电力力科学研研究院高高压所水水利电力力部避雷雷器标准准化技术术委员会会秘书处处。19855年8月25日1 引言言     金属氧氧化物避避雷器是是用以保保护电气气设备免免受各种种过电压压危害的的保护设设备。与与过去常常规使用用的普通通和磁吹吹阀式避避雷器(电阻片片的主要要原料为为碳化硅硅)相比，由由于以金金属氧化化物为主主要原料料的电阻阻片具有有优异的的非线性性伏安特特性，可可以不需需要串联联间隙。因因此，保保护特性性仅有冲冲击电流流通过时时的残压压，没有有因间隙隙击穿特特性变化化所造成成的复杂杂影响。这这种电阻阻片因冲冲击电流流波头时时间减小小而导致致残压增增加的特特性，也也比碳化化硅阀片片平稳，陡陡波响应应特性很很好。金金属氧化化物避雷雷器没有有工频续续流，因因而也没没有灭弧弧问题。它它的电阻阻片单位位体积吸吸收能量量大，还还可以并并联使用用，使能能量吸收收能力成成倍提高高，在保保护超高高压长距距离输电电系统和和大容量量的电容容器组时时特别有有利。     另一方方面，由由于金属属氧化物物避雷器器没有串串联间隙隙，电阻阻片不仅仅要承受受雷电过过电压和和操作过过电压，还还要耐受受正常的的持续相相电压和和暂时过过电压，因因而存在在着在这这些电压压作用下下的老化化、寿命命和热稳稳定问题题。此外外，在某某些情况况下，如如避雷器器和邻近近物体间间的杂散散电容，以以及污秽秽等因素素引起电电压沿避避雷器分分布不均均匀时，将将造成避避雷器的的局部过过热。因因此，在在使用中中考虑的的问题与与常规的的以碳化化硅为主主要原料料的避雷雷器有所所不同，需需要加以以注意。     本使用用导则是是配合部部标准SSD17768635000kV交交流电力力系统金金属氧化化物避雷雷器技术术条件(以下简称技术条件)而制定的，针对金属氧化物避雷器的特点，阐述使用中应考虑的问题。应该指出，目前这类避雷器主要用于110kV及以上中性点有效接地系统。对于663kV中性点非有效接地系统，由于运行条件、性能、价格等问题，一般只用于有特殊保护要求的场合。因此，本导则主要针对110kV及以上中性点有效接地系统的使用问题，而对363kV中性点非有效接地系统中的使用问题，主要在导则第4章中阐述。2 选用用避雷器器的一般般程序     本导则则考虑的的是安装装在导线线与接地地部分之之间的相相对地避避雷器，其其选用的的一般程序如如下：2.1  根据系系统最高高工作电电压确定定避雷器器的持续续运行电电压。2.2  估算避避雷器安安装点的的暂时过过电压幅幅值和持持续时间间。2.3  估算通通过避雷雷器的雷雷电过电电压放电电电流的的最大幅幅值。2.4  估算通通过避雷雷器的操操作过电电压放电电电流和和能量。2.5  选择避避雷器的的额定电电压、标标称放电电电流等等级。2.6  确定所所选择避避雷器的的保护水水平。2.7  根据避避雷器与与被保护护物的距距离和其其他影响响因素，计计算用避避雷器保保护时在在被保护护设备上上出现的的过电压压值。2.8  校核被被保护设设备的雷雷电过电电压、操操作过电电压耐受受强度是是否高于于被保护护设备上上出现的的过电压压值。必必须考虑虑设备外外绝缘的的空气绝绝缘强度度与海拔拔高度的的关系，以以及内绝绝缘强度度随运行行时间而而降低的的因素。3 避雷雷器主要要参数的的选定3.1  持续运运行电压压     由于金金属氧化化物避雷雷器没有有串联间间隙，正正常工频频相电压压要长期期作用在在金属氧氧化物电电阻片上上。为了了保证一一定的使使用寿命命。长期期作用在在避雷器器上的运运行电压压不得超超过避雷雷器的持持续运行行电压，选选择避雷雷器时必必须注意意这个参参数。     在实际际应用中中，加在在避雷器器两端的的最大电电压为系系统最高高工作电电压的 1/，所以以，选择择金属氧氧化物避避雷器时时必须使使它的持持续运行行电压大大于或等等于/。电力系系统的额额定电压压、最高高工作电电压和最最高工作作相电压压见表1。表1   电力系系统的额额定电压压、最高高工作电电压和最最高工作作相电压压 3.2  暂时过过电压     暂时过过电压是是由于长长线电容容效应、突突然甩负负荷、单单相接地地以及其其他故障障引起的的系统电电压的暂暂时升高高，其持持续时间间约为零零点几秒秒或几秒秒，并有有振荡的的暂态过过程。这这种过电电压作用用于避雷雷器时使使电流和和能量损损耗增大大，温度度升高。当当金属氧氧化物电电阻片产产生的热热量与瓷瓷套散发发的热量量之间失失去平衡衡时，将将导致热热崩溃。因因此，避避雷器必必须具备备耐受这这种暂时时过电压压的能力力，这是是选择避避雷器额额定电压压的一个个主要因因素。     单相接接地时会会引起健健全相电电压的升升高。对对于一般般中性点点有效接接地系统统中的变变电所，若若零序电电抗与正正序电抗抗之比(X0/X1)在0与+3之间间，而零零序电阻阻与正序序电抗之之比(R0/X1)在0与+1之间间，则避避雷器安安装点的的接地故故障系数数不超过过1.44。因此此，对1100kV、2200kV中中性点有有效接地地系统，为为了简化化选择程程序，其其暂时过过电压一一般采用用1.44倍系统统最高工工作相电电压。对对3300kV及及5000kV系系统，虽虽然接地地故障系系数一般般较低，但但同时考考虑突然然甩负荷荷及长线线电容效效应等因因素，5500kkV系统统中变电所所线路断断路器母母线和线线路侧的的暂时过过电压一一般分别别不超过过1.33和1.4倍最最大相电电压。     对无间间隙的金金属氧化化物避雷雷器，不不仅要考考虑安装装点暂时时过电压压的幅值值，而且且要考虑虑暂时过过电压的的持续时时间，并并结合避避雷器的的初始能能量来选选择其额额定电压压。因为为暂时过过电压也也可能是是由雷击击或操作作过电压压引起系系统故障障而产生生。因此此，避雷雷器在承承受暂时时过电压压前会吸吸收一定定的操作作过电压压或雷电电过电压压能量，主主要是操操作过电电压能量量。这部部分初始始能量会会引起金金属氧化化物电阻阻片温度度升高，因因而影响响避雷器器暂时过过电压耐耐受能力力。     避雷器器耐受暂暂时过电电压的允允许时间是加加在避雷雷器上暂暂时过电电压值和和初始过过电压能能量的函函数。对对于具体体的初始始能量，技技术条件件6.5.55款中规规定为动动作负载载试验所所产生的的能量，紧紧接着加加上预定定的暂时时过电压压幅值，作作出工频频耐受伏伏秒特性性曲线。国国外有的的厂家提提供的工工频耐受受伏秒特特性曲线线。其迭迭加的初初始操作作过电压压能量与与两次长长持续时时间放电电所产生生的能量量大体相相同。     制造厂厂应提供供避雷器器的工频频耐受伏伏秒特性性曲线，供供用户在在选用避避雷器时时使用。     表3和技技术条件件表1列出了了可供选选择的金金属氧化化物避雷雷器额定定电压，按按上述要要求在保保证避雷雷器应有有寿命的的条件下下，选择择较低一一级额定定电压将将取得更更大的保保护裕度度。但如如与避雷雷器的工工频耐受受伏秒特特性曲线线(技术术条件6.5.5款)，即避雷器耐受暂时过电压的能力相比较，超过了避雷器的耐受能力，则需选择额定电压较高一级的避雷器。3.3  雷电过过电压放放电电流流幅值     通过避避雷器的的雷电过过电压放放电电流流幅值，主主要决定定于连接接到变电电所的输输电线路路、变电电所对直直击雷的的防护和和系统电电压等级级以及输输电线路路的绝缘缘水平等等。我国国 1110kVV及以上上等级的的线路均均全线架架设避雷雷线，保保护角也也比较小小。一般般认为，通通过避雷雷器的雷雷电流幅幅值，1110kkV及2200kV系统不不大于55kA；3300kV系系统不大大于 110kAA；5000kV系系统，在在变电所所装有两两组及以以上同等等的避雷雷器时，每每组避雷雷器一般般不大于于10kkA，只只有一组组避雷器器时不大大于20kAA。避雷雷器标称称放电电电流等级级(技术术条件33.4条条)即按此此确定。     通过避避雷器的的雷电流流波形，按按国家标标准GBB3111.61083规定定，采用用8/220 s的标准准冲击电电流波。     为了考考验整体体结构和和电阻片片在更大大的雷电电流下的的稳定性性，技技术条件件6.5.33 款还还规定进进行大冲冲击电流流动作负负载试验验，使用用的冲击击电流波波形为44/100s，幅值值为65kAA、40kkA及20kkA。3.4  操作过过电压放放电电流流能量     电力系系统中操操作过电电压的产产生与运运行方式式的变换换特性有有关，情情况比较较复杂，一般可以分为如下几种情况：     a.线路路合闸和和重合闸闸；     b.空载载变压器器和并联联电抗器器分闸；     c.线路路非对称称故障分分闸和振振荡解列列；     d.空载载线路分分闸和切切合电容容器组；     e.中性性点非直直接接地地系统的的弧光接接地过电电压。     研究电电力系统统中的操操作过电电压以及及通过避避雷器的的放电电电流波形形、幅值值及能量量，可采采用暂态态网络分分析仪(TNAA)，也也可以采采用数字字计算程程序(EEMTPP)计算算。     基于对系系统电路路和操作作过电压压性质的的某些简简化假定定，国际际电工委委员会(以下简简称IECC)标标准(草案)中采用用分布参参数的链链型冲击击发生器器模拟输输电线路路，改变变冲击发发生器各各链的参参数可以以模拟不不同的线线路长度度和波阻阻抗，并并根据不不同的电电压等级级按比例例模拟不不同的过过电压倍倍数，然然后向被被试避雷雷器比例例单元放放电，形形成近似似操作过过电压电电流的长长持续时时间冲击击电流。技技术条件件第66.4条条参照IIEC的的规定，对对 2220kVV及以上上的金属属氧化物物避雷器器，均要要求进行行长持续续时间冲冲击电流流耐受试试验。对对2200kV、3300kV及及5000kV系系统的操作作过电压压倍数，分分别定为为3.0、2.66及2.44 倍。这这些倍数数对现代代的断路路器来说说是偏高高的，如如5000kV的的2.44倍，高高于目前前国内线线路设计计中采用用的统计计过电压压倍数22.0倍倍，但为为考验电电阻片的的通流能能力，还还是采用用IECC规定的的数字(这只是是避雷器器试验用用的数字字，并不不标志更更改输电电线路设设计用的的过电压压倍数)。与IEEC草案案中611.4.2款相相比，技技术条件件中增增加了表表6，进一一步解释释表5中试验验所对应应的系统统参数。考考虑到我我们可能能有部分分5000kV线线路较长长，所以以IECC标准准(草案)表3中等级级5本来是是用在7750kkV电压压等级的的，技技术条件件采用用了它的的峰值视视在持续续时间(对应于于线路长长度)，而线线路波阻阻抗与过过电压倍倍数则仍仍用5000kVV电压等等级的数数值，作作为新的的一级，适适用于5500kkV线路路长度超超过 4420kkm的情情况。相相应的数数值列在在表2中。     对于1110kVV系统用用的金属属氧化物物避雷器器，不必必进行按按输电线线路特性性要求的的长持续续时间冲冲击电流流的试验验，可进进行幅值值为4000A的的20000s矩形波波冲击电电流的试试验。     技术术条件表4中还列出363kV等级避雷器操作过电压试验电流为 1000A、500A、250A三种，这主要考虑保护电容器时，不同容量电容器组的要求。     金属氧氧化物避避雷器与与普通碳碳化硅避避雷器的的型式试试验不同同，它除除要单独独进行长长持续时时间冲击击电流或或矩形波波冲击电电流的试试验外，还还应做动动作负载载试验。在在动作负负载试验验中，最最后在连连续两次次长持续续时间放放电以后后(1000mss内)，施加加额定电电压和持持续运行行电压，对对被试避避雷器比比例单元元进行考考验。可可以认为为，避雷雷器在一一次操作作过电压压中吸收收的能量量相当于于两次长长持续时时间放电电的能量量之和。表2 不同电电压等级级所对应应的长持持续时间间放电等等级及线线路参数数      注：表表中标么么值的基基数是系系统最高高相电压压的峰值值。     国外有有的厂家家为了使使各种不不同额定定电压的的避雷器器的能量量吸收能能力统一一化，以以 kJJ/kVV(避雷雷器额定定电压)为单位位表示。这这个数字字是按两两次长持持续时间间放电的的能量算算出的。在在使用TNNA或计计算机算算出具体体安装点点的避雷雷器在一一次操作作过电压压下需要要吸收的的能量时时，可以以与厂家家提供的的能量吸吸收能力力进行校校核。     有的厂厂家对避避雷器吸吸收操作作过电压压的能力力以电阻阻片通过过一定幅幅值的22ms方方波电流流表示，允允许通过过的次数数为200次。这这种表示示方法与与IECC规定的的动作负负载试验验的考验验不同。动动作负载载试验是是在避雷雷器吸收收操作过过电压的的能量后后，立即即施加额额定电压压和持续续运行电电压，检检验它是是否保持持热稳定定，这是是对避雷雷器吸收收操作过过电压能能量的整整体考验验。方波波试验只只表示电电阻片可可以通过过一定次次数的方方波电流流，性能能不发生生显著变变化。而而对避雷雷器在一一次操作作过电压压中的能能量吸收收能力，以以及吸收收该能量量后能否否继续在在一定时时间的额额定电压压和随后后的持续续运行电电压作用用下保持持热稳定定，却得得不到明明确的答答案。3.5  额定电电压     避雷器器的额定定电压，应应按3.2条的的要求选选定，并并且要保保证避雷雷器的持持续运行行电压大大于或等等于所在在系统的的最高工工作相电电压。     在一定定的系统统额定电电压与设设备绝缘缘水平下下，避雷雷器的额额定电压压越低，保保护水平平也越低低，保护护裕度则则越大。因因此，只只要满足足上述条条件，就就应尽量量采用较较低额定定电压的的避雷器器。在确确定暂时时过电压压的幅值值时，不不应按极极端的条条件计算算，应考考虑利用用避雷器器工频耐耐受伏秒秒特性的的可能，以以免选取取的避雷雷器额定定电压过过高，从从而提高高对设备备绝缘水水平的要要求或减减少保护护裕度，造造成技术术经济上上的不合合理情况况。3.6  保护特特性     金属氧氧化物避避雷器的的保护特特性，完完全由它它的残压压确定。同同碳化硅硅避雷器器一样，一一般残压压与避雷雷器的额额定电压压成比例例。对于于某一额额定电压压的金属属氧化物物避雷器器，其残残压是通通过避雷雷器电流流的函数数。在雷雷电冲击击电流范范围内，还还与冲击击电流波波头时间间有关。     金属氧氧化物避避雷器的的特性表表内，至至少应列列有8/20s标称放放电电流流下的残残压值。一一般还应应提供波波头时间间为1s，幅值值等于标标称放电电电流的的陡波冲冲击电流流残压值值，为近近区雷击击计算校校核时使使用。     关于避避雷器在在操作过过电压下下的保护护特性，技技术条件件6.3.33款规定定进行操操作冲击击电流下下的残压压试验，试试验的波波头时间间为300s，因为为操作冲冲击电流流的波头头时间在在301000s范围内内，对残残压值无无明显影影响。电电流幅值值则按不不同电压压等级规规定不同同的数值值(这个幅幅值只用用于保护护特性的的配合，并并不要求求长持续续时间冲冲击电流流耐受试试验中的的冲击电电流也必必须达到到这个数数值)。3.7  配合系系数     国家标标准GBB311183高高压输变变电设备备的绝缘缘配合中中，规定定了高压压电气设设备的绝绝缘水平平。其中中22005000kV等等级的设设备均订订有两级级基准绝绝缘水平平，以适适应不同同系统特特点和过过电压保保护设备备性能等等具体情情况。     避雷器器的保护护特性，主主要由陡陡波冲击击电流残残压、雷雷电冲击击电流残残压和操操作冲击击电流残残压来表表示。相相应的设设备绝缘缘水平中中的三点点则为截截波试验验电压、全全波试验验电压和和操作冲冲击试验验电压。它它们之间间应具有有一定的的配合间间隔，通通常用配配合系数数表示。配配合系数数按下式式计算，即即     部标准SDD1199845000kV电电网过电电压保护护绝缘配配合与电电气设备备接地暂暂行技术术标准，规规定5000kVV电气设设备内绝绝缘全波波雷电冲冲击试验验电压与与避雷器器10kkA 雷雷电冲击击电流残残压间的的配合系系统应不不小于11.4；操作波波冲击试试验电压压与避雷雷器操作作冲击电电流残压压间的配配合系数数应不小小于1.15。对对于截波波试验电电压与陡陡波冲击击电流残残压的配配合系数数没有明明确的要要求。     确定避避雷器的的额定电电压及相相应的保保护特性性以后，即即应校验验其与被被保护设设备绝缘缘水平之之间的配配合系数数是否符符合要求求。如果果配合系系数低于于上述数数值，则则应采用用高一级级绝缘水水平的设设备，或或采取措措施降低低暂时过过电压，以以便采用用额定电电压低一一些的避避雷器。     对于系系统额定定电压3330kkV及以以下电气气设备的的配合系系数，过过电压保保护规程程中没有有明确规规定。一一般认为为，3330kVV一级可可参照采采用5000kVV的配合合系数，220kV及以下的电压等级，则应取得更大一些。     在实际际工程中中，当避避雷器装装在母线线上需要要同时保保护电气气距离比比较远的的变压器器和其他他设备，或或者保护护电缆和和电缆同同架空线线的接头头，或者者保护SSF6气体绝绝缘金属属封闭电电器时，要要判断避避雷器与与被保护护设备是是否配合合，则应应通过计计算机计计算或模模拟试验验来确定定。3.8  污秽特特性     一般碳碳化硅避避雷器，瓷瓷套外表表面污秽秽会引起起电压分分布不均均匀，严严重时会会导致间间隙放电电电压下下降，甚甚至引起起不能切切断续流流的事故故。金属属氧化物物避雷器器虽然没没有由间间隙所引引起的这这类问题题，但由由于电压压分布不不均匀或或暂态变变化，会会引起局局部过热热。多节节避雷器器还可能能发生通通过电阻阻片的电电流和瓷瓷套外表表面电流流之间的的转移。所所以，金金属氧化化物避雷雷器也必必须进行行污秽试试验。     人工污污秽试验验应能模模拟避雷雷器由于于污秽引引起的热热效应。试试验结果果应表明明，有足足够外绝绝缘强度度的避雷雷器的内内部设计计，不会会使其能能量吸收收能力降降低到不不能保证证的数值值。     但是，人人工污秽秽试验很很难代表表实际的的运行条条件，因因此，需需要积累累自然污污秽现场场试验的的数据。     首先应应采取的的措施是是，按照照部颁污污秽地区区分级标标准，采采用相应应的瓷套套爬电距距离。4 中性性点非有有效接地地系统中中金属氧氧化物避避雷器的的应用     金属氧氧化物避避雷器在在中性点点非有效效接地系系统中的的运行条条件，比比在中性性点有效效接地系系统中苛苛刻。非非有效接接地系统统可能带带单相接接地运行行持续一一段时间间，也可可能发生生铁磁谐谐振等过过电压，因因而过电电压的持持续时间间往往达达几十分分钟或更更长，倍倍数也比比较高。如如按此选选择金属属氧化物物避雷器器的额定定电压，过过电压持持续时间间愈长，幅幅值愈高高，则要要选的额额定电压压愈高，结结果保护护效果也也愈差。反反之，避避雷器则则有损坏坏危险。此此时，对对无间隙隙金属氧氧化物避避雷器的的威胁比比普通阀阀型避雷雷器大，是是个值得得注意的的问题。同同时，在在非有效效接地系系统中，我我国的金金属氧化化物避雷雷器在性性能和价价格上同同普通阀阀式避雷雷器相比比，也没没有明显显的优越越性。因因此，对对非有效效接地系系统，只只在特殊殊情况下下(诸如弱弱绝缘、频频繁动作作或需要要释放较较大的能能量)才使用用金属氧氧化物避避雷器。     在中性性点非有有效接地地系统中中，需要要使用金金属氧化化物避雷雷器保护护的，通通常有下下列三种种情况：     a.频繁繁切合的的电动机机；     b.并联联电容器器组；     c.SSF6气体绝绝缘金属属封闭电电器。     上述三三种情况况选用金金属氧化化物避雷雷器的条条件也不不相同。保保护频繁繁切合的的电动机机时，由由于电动动机的绝绝缘水平平较低，需需要有比比较好的的保护特特性，避避雷器的的额定电电压应选选得低些些；保护护并联电电容器组组时，由由于在操操作过电电压下通通过避雷雷器释放放的能量量较大，避避雷器的的额定电电压要选选得高些些；SFF6组合电电器一般般用于335kVV和63kkV等级，系系统的规规模较大大、发生生持续时时间较长长的过电电压的机机会较多多，因而而避雷器器的额定定电压要要选得高高些。以以上几种种用途的的避雷器器的额定定电压和和保护特特性，可可按表3中的参数数选取。由由于金属属氧化物物避雷器器在中性性点非有有效接地地系统中中使用的的经验还还不多，该该表所列列参数还还是建议议数值。在在采用时时，还可可根据具具体情况况有所变变更。5 维护护和检查查5.1  维护     为了防防止避雷雷器由于于严重污污秽引起起的局部部过热，建建议定期期清扫或或带电水水冲洗。5.2  检查     发电厂厂、变电电所的避避雷器应应安装专专用的动动作记录录器，记记录通过过避雷器器冲击电电流的次次数。     在正常常运行电电压下，通通过避雷雷器内部部的电流流大约为为数百微微安，包包含阻性性分量和和容性分分量，其其中主要要是容性性分量。此此外，还还有一定定的流经经瓷套外外表面的的泄漏电电流，其其大小因因污秽程程度而异异。通过过专门的的测量方方法，用用仪器和和示波器器定期监监测通过过避雷器器电流的的阻性分分量的变变化，是是判断避避雷器电电阻片的的老化情情况或寿寿命终止止的有效效方法。     金属氧氧化物避避雷器应应定期进进行预放放性试验验，预放放性试验验的项目目、周期期和标准准，在部部颁标准准电气气设备预预防性试试验规程程(119855年)中已作作规定。表3 中性点点非有效效接地系系统避雷雷器性能能 _       附加说说明：     本标准准由水利利电力部部科学技技术司提提出，由由水利电电力部避避雷器标标准化技技术委员员会负责责起草。     起草工作作组成员员：李启启盛梁毓毓锦(以下按按姓氏笔笔划为序序)                           王志志胜王维维洲冯家家明刘叔叔华张大大琨                          张学学鹏张翠翠霞沈宗宗扬樊力颜文