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配电网10kV避雷器的选择和使用(1)

北极星电力网技术频道    作者:徐晓刚,彭向阳   2012/7/25 16:28:04   

 关键词:  避雷器 配电网

摘要:介绍了配电网避雷器的结构、分类、基本特性以及其安装使用的一般原则和注意事项;确定了选择配电网避雷器的一般程序和性能要求;提出配电网避雷器的使用要求及运行管理要求。对配电网避雷器的选型、安装及运行使用具有重要的参考意义。

避雷器是电力系统过电压保护装置,又称过电压限制器。

在配电系统中,设备的主要风险来自感应雷和对所连架空线的直击雷。未与架空线连接的电缆系统,因故障或开关操作引起的过电压所占比例大,但也会产生雷电感应过电压,引起闪络并严重损坏设备,影响用户的正常供电。通过避雷器和绝缘装置的适当配合可防止这类事件的发生。

1 配电网避雷器的结构

1.1 配电网避雷器的分类和内外结构

配电网用避雷器结构分瓷套式避雷器和复合外套式避雷器2种。瓷外套金属氧化物避雷器的功能部分由不同的机械结构以及叠加起来的金属氧化物电阻片柱组成,具有非线性伏安特性。避雷器内空间介质通常是氮或干燥的空气;瓷外套用以保护避雷器功能元件免受环境的影响,其机械强度、闪络距离、爬电距离、污秽条件下的性能、防湿气侵入的密封性必须满足相关要求。

避雷器外套内壁和功能元件之间的空隙可能完全或部分填满了气体(如干燥的空气或氮气),或固体或半固态材料(如硅橡胶)。避雷器相关标准未规定配电网用避雷器必须设置压力释放装置,当功能元件因能量过负荷被击穿或闪络后,避雷器外套可能会爆破。密封系统是避雷器(不仅指瓷外套避雷器)最敏感的部件,瓷外套避雷器中湿气浸入是影响金属氧化锌避雷器(metal oxide arrester,MOA)寿命的1个主要因素(MOV的电气寿命也是1个因素,例如其电压、电流特性的改变,但不是主要因素)E23。

1.2 配电网避雷器的结构形式

1.2.1 管型设计

这种避雷器采用的外套包含一定的气体体积(与瓷外套相似),为非瓷性复合外套,外部有伞裙的由增强塑料玻璃纤维管制成,并直接模压在玻璃纤维管上。避雷器内部的周围介质一般为氮气或者空气。

目前常使用的外套是直接套在电阻片柱上,外套内不包含预留的气体。

1.2.2 缠绕型设计

避雷器的机械支撑部分使用玻璃纤维增强塑料(fiberglass—reinforced plastics,FRP)缠绕型结构,它可以通过环氧树脂浸透玻璃粗纱来实现,也可以用预浸渍网或带缠绕在电阻片柱上,然后在烘箱中固化而成,所得到的管型缠绕电阻片柱可以完全被包裹(可以预留薄弱点以保证在避雷器过载时外套打开),也可以有预留窗口。这种缠绕也可能是1个预制的FRP管,包裹在MoV柱上,二者之间的空隙可用弹性材料填充。

1.2.3 笼型设计笼型设计

的M0V柱由FRP网或FRP棒或FRP带以极高的张力夹紧。MoV本身即为机械支持结构,而玻璃钢则形成1个开放的笼子,也有用带子缠绕玻璃钢笼子以增加机械强度,改善短路性能。外部伞裙必须直接模压在模件上,通常使用的是硅橡胶。

上述3种形式结构的避雷器的外部伞裙必须直接模压在模件上,通常使用的是硅橡胶。

2 配电网避雷器的基本特性

避雷器具有保护特性和运行特性。

避雷器的保护特性反映其限制电力系统过电压的能力,是输变电设备绝缘配合的基础。改善避雷器的保护特性可以提高被保护设备的运行安全可靠性,降低绝缘水平。

避雷器的保护特性由保护水平决定。避雷器的运行特性应包括动作负载稳定性和运行寿命特性(包括长持续时间运行电压下的寿命及各种过电压下的寿命)等。

3 配电网避雷器的选择

配电系统很少有防雷屏蔽,因此配电网避雷器会遭受直接雷击和较多的感应雷。应给予这种避雷器由雷电引起的瞬态过电压极大的关注,相对而言,操作过电压并不重要。配电设备包括避雷器,与电站设备相比是低廉的,但其用量巨大。对具有特殊用途的避雷器进行单独的研究通常不经济、不可行。因此,配电网避雷器的选型通常要考虑到使其能用于系统中任何相似的地方而不是某一特定的位置;而且配电网多为中性点绝缘和谐振接地系统,其接地故障暂时过电压持续时间比较长,所以配电网用避雷器的选择有特别要注意的地方。

3.1 选择配电网避雷器的一般程序

避雷器的保护特性和运行特性互相制约。提高避雷器额定电压,则避雷器的持续运行电压、工频过电压耐受能力以及能量吸收能力亦随之提高,但过电压下的保护裕度减小(即残压高)。因此,选择适当的避雷器是1个优化的过程,必须考虑大量的系统和设备参数。

选择配电网用避雷器的一般程序如下:

a)根据避雷器使用的当地条件,如海拔、气温、风速、污秽、地震等环境因素进行选择(如属于非正常使用条件,须经供需双方协商,拟订出非正常使用条件下的避雷器);

b)根据最高系统电压来确定避雷器的持续运行电压;

c)根据暂时工频过电压来确定避雷器的额定电压;

d)估算通过避雷器的预期雷电放电电流,选择避雷器的标称放电电流等级及大电流冲击值;

e)估算通过避雷器的预期操作冲击电流和能量,选择避雷器的方波冲击电流放电等级;

f)根据预期故障电流来选择避雷器的压力释放等级;

g)选择满足要求的避雷器,确定其雷电冲击保护特性;

h)确定被保护设备的配和用雷电冲击耐受电压,应考虑架空线路的雷电特性,确定典型的雷电过电压侵入波;确定避雷器和被保护设备之间的距离;

依据标准GB311.2~6~1983《高电压试验技术》确定被保护设备的额定雷电冲击绝缘水平;如果被保护设备的额定绝缘水平较低,则应重新考虑避雷器的额定电压、持续运行电压、标称放电电流等级、方波冲击电流放电等级及避雷器和被保护设备之间的距离。

3.2 按使用地区环境条件进行选择

按使用地区环境条件进行选择,考虑如温度、日照、风速、冰雪、相对湿度、污秽、海拔、地震、雨等环境条件。

4 配电网避雷器的应用

4.1 配电网避雷器的安装

对于金属氧化物避雷器的装配、安装、维护、运输、储存和废弃,制造厂家应给出清晰的说明,并在提供的使用说明书(手册)中明确规定。

避雷器用脱离器是当避雷器故障时,使避雷器与系统断开的装置,用于防止系统持续故障,并给出可见标识。脱离器脱离时切断流经避雷器的故障电流通常不是该装置的功能。脱离器通常直接置于避雷器接地侧,应隔离避雷器和地电位,并且指出应替换的故障避雷器。当避雷器正常运行时,如通过雷电流时,脱离器不应动作;只有当避雷器过负荷时,脱离器应自动将避雷器脱离,它们的接地引线应是软线,且必须保证避雷器下方有足够的绝缘距离,使脱离的接地引线能自由地摇摆。当脱离器动作后,在避雷器下部接地端会出现施加的运行电压时,不会引起放电。

脱离器可防止过负荷避雷器引起永久性短路而导致的系统跳闸,为用户持续供电[43。对于很难到达的地方或过负荷避雷器不能很快替换时,这是优点;缺点是当避雷器被脱离后,因无保护,应尽快替换事故避雷器,以免与系统脱离后失去控制。

绝缘托架与脱离器一并安装,以便能在避雷器故障后重合配电变压器,其他托架用于安装。

如果高压熔断器与脱离器在1条回路上,这2个保护装置的响应特性应彼此匹配。脱离器的响应速度应高于或至少应与高压熔断器一样。这是为了避免更换后的新熔丝由于短路存在而再次切断短路电流。故障指示器的功能是用鲜明的颜色材料显示避雷器已过负荷,需要替换,它们不能使避雷器与地电位脱离。故障指示器可以安装在避雷器高压端,也可以直接安装在避雷器接地端。如果避雷器过负荷,短路则是永久性的,应尽快检测出损坏的避雷器并进行替换。

来源:《广东电力》
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