防雷措施調(diào)研報告.doc

1、防雷措施調(diào)研報告防雷措施調(diào)研報告 避雷器的老化 在我國，絕大多數(shù)的避雷器都是帶間隙的金屬氧化物避雷器，其中氧化鋅避雷器應用最為廣泛。氧化鋅避雷器具有良好保護性能。利用氧化鋅良好的非線性伏安特性，使在正常工作電壓時流過避雷器的電流極小（微安或毫安級）；當過電壓作用時，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達到保護的效果。這種避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的差異是它沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的作用。避雷器在正常工作電壓下僅有幾百微安的電流通過，便于設計成無間隙結(jié)構(gòu)，使其具備保護性能好、重量輕、尺寸小的特征。當過電壓侵入時，流過閥片的電流迅速增大，同時限制了過電壓的幅值，釋放了過電壓的能量，

2、此后氧化鋅閥片又恢復高阻狀態(tài)，使電力系統(tǒng)正常工作。因此，避雷器并不長時間耐受大部分的線路工頻電壓，根據(jù)年限來折算成避雷器壽命的方法并不適用。通過對避雷器電阻片的沖擊老化作用對電阻片的影響，從沖擊次數(shù)來定義避雷器的老化程度及壽命。老化原理 沖擊老化的機理主要是熱老化。沖擊電流作用下，短時間內(nèi)將有大量的能量流入 Zn0 電阻片。如果不考慮散熱，Zn0 電阻片吸收沖擊能量后的升溫過程可近似看作絕熱溫升。沖擊老化會對 ZnO 電阻片帶來較大的損壞，多次沖擊對 ZnO 電阻片老化存在累積效應。某種 Zn0 電阻片在 4/10us 波形的 100 kA 沖擊電流作用后直流 1 mA 電壓下的功耗可增加 2

3、0。（對于沖擊電流下氧化鋅電阻片對能量的吸收公式，我覺得沒有必須寫進去，一是繁瑣不實用，二是我的理解是在這次調(diào)研中我們主要研究的是它的性質(zhì)，我們通過做實驗測出它的老化參數(shù)就可以了，對于不同型號的避雷器都能夠用實驗直接得出其能承受的沖擊電壓次數(shù)的結(jié)論） 沖擊電流作用下，老化與沖擊電流幅值、波形、沖擊次數(shù)、相鄰沖擊間隔時間和施加沖擊時 ZnO 電阻片的溫度有關。ZnO 電阻片老化程度可通過泄漏電流(0.75 倍 Zn0 電阻片U 1mA 電壓下的電流，Zn0 電阻片U 1mA 電壓、殘壓、通流能力及功率損耗等參數(shù)來反映.歸納出可能影響老化的因素：沖擊電流的幅值，波形，電阻片的溫度，沖擊的次數(shù)等 電

4、阻片的溫度的影響主要是跟避雷器運行的環(huán)境因素有關，在同一地區(qū)一般不會有太大的改變，因此電阻片的工作溫度對其影響較小。而雷擊沖擊電壓的幅值，波形，沖擊次數(shù)即使在同一地區(qū)甚至在同一次雷擊中也可能有較大的變化，因此應更關注這方面的研究。沖擊實驗 U 1mA ：對于短時的過電壓，其時延對避雷器的性能有很大的影響，為了表征造成這個影響的臨界值，規(guī)定了直流 1mA 下的電壓。按經(jīng)驗總結(jié)，避雷器的伏秒特性曲線的拐點一般出現(xiàn)在 1mA 左右的位置，也就意味著在這個拐點之前，避雷器的絕緣良好，過了這個拐點，避雷器的絕緣會出現(xiàn)不可預料的情況，因此，研究直流 1mA 電壓可以判斷避雷器的絕緣是否損壞 1 直流 A

5、1 mA 電壓變化率反映沖擊老化的情況 Zn0 電阻片老化后表現(xiàn)出的下降記， ， (1) 即使幅值達 40 kA 的 4/10us 波形的沖擊電流對U 1mA 的影響也不大。在波形為4/10,、幅值為 30 kA 的大電流沖擊作用下沖擊次數(shù)達到 35 次, U 1mA 的變化也不明顯。(2) (2)8s / 20 uS 波形、30 kA 的雷電流沖擊 5 次后，Zn0 電阻片的降得很快，接近 20 , 40 kA 的雷電流大約沖擊 4 次后，Zn0 電阻片的U 1mA 急速下降。(3) ΔU 1mA 隨著電流幅值的增大而增大;在相同幅值的沖擊電流作用下，由于8/20,、比 4/10

6、us,波形沖擊具有更大的能量，8/20 波形所對應的U 1mA 都比 4/10的高,變化最快的是 8/20 us.40 kA 的沖擊電流所對應的曲線。相比之下，幅值大的長波頭沖擊電流以較少次沖擊 Zn0 電阻片，就可使 Zn0 電阻片的U 1mA 明顯下降，說明 Zn0 電阻片老化迅速。2 2 功率損耗的變化反映沖擊老化的情況 Zn0 電阻片老化后，功率損耗將增加。將功率損耗進行標么值處理，即將每次記錄的功率損耗除以初始功耗。圖 2 反映功率損耗的變化情況。分析p 可以得到: (1) Zn0 電阻片荷電率 0.8（允許的最大持續(xù)運行電壓幅值與起始動作電壓的比值，為 0.8 不知道是何規(guī)定）時，

7、功率損耗隨著沖擊次數(shù)的增加而不斷增大。功率損耗先增加較平緩，隨著沖擊次數(shù)的增加，到達一定值后增加迅速。(2)沖擊電流幅值越大，功率損耗越大，經(jīng)過較少的次數(shù)就可使功耗標么值達到 2。4 / 10 us,40 kA 的電流沖擊大約需要 5 次，30 kA 沖擊大約 6 次。4 / 10us, 20 kA 的老化比較輕微，試驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)過 25 次試驗后，其功率損耗增加變快，大約40 次到達功率損耗為初始值的 2 倍。(3) 8 / 20 us 波形相對于 4/10 波形，其老化更嚴重。與前而的情況類似。Zn0 電阻片吸收能量多，溫度升得高，Zn0 電阻片肖特基勢壘畸變厲害，體現(xiàn)為功率損耗增加?？梢姡?/p>

8、值大的沖擊電流多次沖擊 Zn0 電阻片后，即使得 Zn0 電阻片功率損耗增加，產(chǎn)生老化。0 3 Zn0 電阻片壽命與沖擊次數(shù)的關系 由于功率損耗與溫度成線性關系，經(jīng)沖擊電流作用后，測量 60時 Zn0 電阻片的功率損耗，這樣測得的結(jié)果反映的不再是純溫度對功率損耗的影響，而是加上了沖擊作用的累積結(jié)果。接近于避雷器實際運行過程中 Zn0 電阻片片實際運行情況。試驗所得結(jié)果如圖，分析p 如下: (1)如圖3，無論是哪種波形，Zn0電阻片在60時的功耗要比30時的大。(2)如圖 4，同樣在 60比較相同幅值電流下兩種波形的功率損耗，8/20us比 4/10us 波形下的功率損耗大。幅值為 40 kA

9、時，4/10us 沖擊 5 次，8 / 20 us沖擊 1 次;幅值為 30 kA 時，4/10us 沖擊 12 次，8/20us 沖擊 3 次;幅值為 20kA 時，4/10 沖擊 18 次，8 / 20 us 沖擊 10 次;功率損耗達到一致水平，功耗與初始功耗之比為 2.綜合分析p 圖 4 可知，除老化極其迅速的 40 kA 大幅值電流不考慮外，30 kA幅值 4/10us 波形沖擊作用與 20 kA , 8 / 20 u、沖擊作用在 60時，老化效果類似。考慮到溫度的因素，由曲線可知，功率損耗與初始功率損耗之比為 2.2 時，功率損耗變化率變大，增加迅速。對曲線進行擬合，可知在 8 /

10、 20 us , 20 kA作用 18 次時 Zn0 電阻片的功耗標么值達到 2.2。結(jié)合美國關于避雷器壽命的認定方法側(cè)，本試驗認為功耗突變的時候為其壽命終點，定義功耗標幺值為 2.2 的時候 Zn0 電阻片達到一定劣化程度_需要進行檢修或更換.在文獻中，畫出圖像是有兩種方法的，一種是以老化參數(shù)為研究對象，分析p 不同條件對老化的影響，比如上面所摘錄的。另一種是通過對每一個影響因素的試驗來一一判斷。不知道哪種因素對應于哪種老化參數(shù)比較準確，這個不知道在做實驗時能不能夠測試出來，獲得一條更準確的曲線。上述方法都是在避雷器未進行工作時的測量，而在現(xiàn)實狀況中，對避 雷器的在線監(jiān)測顯得更為重要，有全電

11、流法，補償法等，這個只是略過了一下，暫時未看仔細。防雷間隙 防雷間隙的工作原理為:在絕緣子串旁邊并聯(lián) 1 對金屬電極，構(gòu)成保護問隙，問隙距離小于絕緣子串的串長。正常運行時，并聯(lián)問隙具有均勻工頻電場的作用。架空線路遭受雷擊時，在絕緣子串上產(chǎn)生較高的雷電沖擊過電壓，由于并聯(lián)問隙的雷電放電電壓低于絕緣子串的放電電壓，問隙先放電;接續(xù)的工頻電弧在電動力和熱應力作用下，離開絕緣子串在問隙電極之問燃燒并向外發(fā)展，保護絕緣子串免于損壞;由于是瞬時性故障，空氣絕緣可自恢復，保障了重合閘的可靠性。絕緣子串有懸垂串和耐張串 2 種，因此在安裝并聯(lián)間隙時要區(qū)別對待。相比而言，耐張串所承受的拉力大，只要間隙和絕緣子串

12、的位置確定下來，就不會出現(xiàn)移動，因而安裝方式比較簡單。而懸垂串只能承受自身的導線重量，但是安裝上的間隙也有一定的重量，因此在設計時要考慮。下面是具體的參數(shù) 耐張串的安裝比較簡單，懸垂串的安裝問題較大，需要考慮在絕緣子串一側(cè)或兩側(cè)安裝所出現(xiàn)的類如絕緣子串無法平衡等問題，這個應該不在我們的研究范圍之內(nèi)。并聯(lián)間隙的試驗 1 1 雷電沖擊試驗 （1) 50雷電沖擊放電試驗。對絕緣子串加裝并聯(lián)問隙進行 50雷電沖擊放電試驗，以驗證雷電沖擊閃絡是否發(fā)生在問隙高、低壓電極之問。試驗采用 _WP-7 型絕緣子，結(jié)果如表 2 所示，并以絕緣子串不帶并聯(lián)問隙時的 50 放電電壓U 50 為基礎計算絕緣子串帶并聯(lián)間

13、隙時的 50雷電放電電壓的降低水平δ 50 。在所有絕緣子串并聯(lián)間隙的雷電沖擊放電試驗中，可觀察到雷擊閃絡都發(fā)生在并聯(lián)間隙的金屬電極之間。由表 2 可以看出，對于 III 型并聯(lián)問隙，即間隙距離等于絕緣子串長 438 mm時，其 50雷電沖擊放電電壓較絕緣子串的放電電壓下降 20.8;試驗中所有被試的并聯(lián)間隙都能形成放電通道，可知并聯(lián)間隙能定位雷擊閃絡路徑。(2)伏秒特性試驗。對絕緣子串無并聯(lián)間隙和絕緣子串并聯(lián) III 型間隙進行了伏秒特性試驗，目的是檢驗雷電放電路徑是否隨雷電沖擊波頭時間的變化而改變，表 3 為伏秒特性曲線中 5 個點的試驗結(jié)果。表 3 試驗結(jié)果表明，在雷電沖擊伏

14、秒特性試驗的波頭陡度范圍內(nèi)，放電都發(fā)生在間隙的高、低壓電極之問，可見并聯(lián)間隙定位雷電沖擊閃絡路徑的保護特性不受雷電波頭時間改變的影響。2.工 頻放電試驗 工頻放電試驗可以檢驗引弧并聯(lián)間隙能否定位、疏導工頻電弧的作用，從而保護絕緣子串。線路遭受雷擊后，由工頻短路電流產(chǎn)生的續(xù)流電弧能否被引導至并聯(lián)間隙燃燒，使絕緣子串免于燒損，可通過工頻電弧試驗進行驗證。由于 35 kV系統(tǒng)中性點不直接接地，雷擊導致單相接地故障的短路電流不易起弧，需通過試驗研究兩相或三相遭雷擊閃絡并出現(xiàn)相問短路電弧的情形。本文用單相絕緣子串并聯(lián)間隙試驗模擬相問短路出現(xiàn)的大電流燃弧現(xiàn)象，用三相絕緣子串試驗研究并聯(lián)間隙實際運行中的保護

15、效果。試驗采用 2 基 35 kV 上字形塔的塔頭，懸掛三相絕緣子串和導線，絕緣子片數(shù)、塔頭尺寸及導線線徑都符合現(xiàn)場要求;用數(shù)字示波器記錄試驗波形，用高速攝像儀拍攝試驗中的電弧發(fā)展過程。1.單相絕緣子串。將并聯(lián)間隙安裝在雙傘絕緣子串的一側(cè)，與導線力一向平行，間隙距離約 438 mm;試驗采用了極為PJ刻的條件，將熔絲緊貼絕緣子串;試驗的短路電流分別為0.8 kA, 10 kA，相應的短路時問為 1.01.5 s 和 0.1660.261 s，試驗結(jié)果如表 4所示。分析p 表 4 可知，即使雷電沖擊閃絡發(fā)生在絕緣子串表面，并聯(lián)問隙也有良好的引弧作用，能將電弧迅速從絕緣子串轉(zhuǎn)移到并聯(lián)問隙電極之問并

16、向外發(fā)展，保護絕緣子串免于灼燒。2.三相絕緣子串(水平安裝并聯(lián)間隙)。安裝了一段 35 kV 三相模擬線路，并聯(lián)間隙與導線力一向平行，問隙距離為438 mm，熔絲位置緊貼絕緣子串。在 0.8kA, 1.0kA 三相短路電流下各進行了 5 次試驗，結(jié)果如表 5 所示。經(jīng)過 10 次大電流試驗后，并聯(lián)間隙的電極都有燒損，如圖 4 所示，上電極燒蝕縮短 20 mm，下電極球頭燒蝕縮短 8 mm。表明并聯(lián)間隙有良好的引弧效果，使絕緣子串及導線都未受損傷。3.三相絕緣子串(垂直安裝并聯(lián)間隙)。對于 35 kV 上字形桿塔，進行了 2 次短路電流 10 kA 的燃弧試驗，間隙距離為 438 mm 。試驗中

17、觀察到電弧迅速轉(zhuǎn)移到并聯(lián)間隙上并繼續(xù)向遠離絕緣子串的力一向飄移，表明并聯(lián)間隙有良好的引弧作用，使導線和絕緣子無損傷。上述的實驗結(jié)果只能夠表明并聯(lián)間隙的作用，通過短路時間來判斷此防雷間隙作用如何，但是對于防雷間隙的老化或者是雷電沖擊后的損壞性質(zhì)這方面找不到相關的資料，不知道是沒有這方面的資料還是我沒 有找到。在做實驗的時候是不是可以仿照避雷器沖擊實驗的方法，對防雷間隙金屬電極進行沖擊實驗，進行破壞性實驗或者是非破壞性實驗獲得數(shù)據(jù)，看看能不能擬合出比較直觀的曲線。接地電阻 接地電阻是指在工頻或直流電流流過時的電阻，通常叫做工頻（或直流）接地電阻；而對于防雷接地雷電沖擊電流流過時的電阻，叫做沖擊接地

18、電阻。從物理過程來看，防雷接地與工頻接地有兩點區(qū)別，一是雷電流的幅值大，二是雷電流的等值頻率高。雷電流的幅值大，會使地中電流密度增大，因而提高地中電場強度，在接地體表面附近尤為顯著。地電場強度超過土壤擊穿場強時會發(fā)生局部火花放電，使土壤電導增大。試驗表明，當土壤電阻率為 500Ωm，預放電時間為3-5μs 時，土壤的擊穿場強為 6-12kV/cm。因此，同一接地裝置在幅值很高的雷電沖擊電流作用下，其接地電阻要小于工頻電流下的數(shù)值。這一過程稱為火花效應。雷電流的等值頻率很高，會使接地體本身呈現(xiàn)很明顯的電感作用，阻礙電流向接地體的遠端流通。對于長度較大的接地體這種影響更顯著。結(jié)果使接地體得不到充分利用，接地電阻值大于工頻接地電阻。這一現(xiàn)象稱為電感影響。因此，在輸電線路遭受雷擊時，由于雷電流的原因，不是整個接地電阻都有電流通過的，而且由于火花放電會引起土壤電阻率的改變而導致其實際電阻不等