防雷措施調(diào)研報(bào)告.doc

1、防雷措施調(diào)研報(bào)告防雷措施調(diào)研報(bào)告 避雷器的老化 在我國(guó)，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(yīng)用最為廣泛。氧化鋅避雷器具有良好保護(hù)性能。利用氧化鋅良好的非線(xiàn)性伏安特性，使在正常工作電壓時(shí)流過(guò)避雷器的電流極小（微安或毫安級(jí)）；當(dāng)過(guò)電壓作用時(shí)，電阻急劇下降，泄放過(guò)電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的效果。這種避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的差異是它沒(méi)有放電間隙，利用氧化鋅的非線(xiàn)性特性起到泄流和開(kāi)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(guò)，便于設(shè)計(jì)成無(wú)間隙結(jié)構(gòu)，使其具備保護(hù)性能好、重量輕、尺寸小的特征。當(dāng)過(guò)電壓侵入時(shí)，流過(guò)閥片的電流迅速增大，同時(shí)限制了過(guò)電壓的幅值，釋放了過(guò)電壓的能量，

2、此后氧化鋅閥片又恢復(fù)高阻狀態(tài)，使電力系統(tǒng)正常工作。因此，避雷器并不長(zhǎng)時(shí)間耐受大部分的線(xiàn)路工頻電壓，根據(jù)年限來(lái)折算成避雷器壽命的方法并不適用。通過(guò)對(duì)避雷器電阻片的沖擊老化作用對(duì)電阻片的影響，從沖擊次數(shù)來(lái)定義避雷器的老化程度及壽命。老化原理 沖擊老化的機(jī)理主要是熱老化。沖擊電流作用下，短時(shí)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(guò)程可近似看作絕熱溫升。沖擊老化會(huì)對(duì) ZnO 電阻片帶來(lái)較大的損壞，多次沖擊對(duì) ZnO 電阻片老化存在累積效應(yīng)。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(duì)于沖擊電流下氧化鋅電阻片對(duì)能量的吸收公式，我覺(jué)得沒(méi)有必須寫(xiě)進(jìn)去，一是繁瑣不實(shí)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(guò)做實(shí)驗(yàn)測(cè)出它的老化參數(shù)就可以了，對(duì)于不同型號(hào)的避雷器都能夠用實(shí)驗(yàn)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(shí)間和施加沖擊時(shí) ZnO 電阻片的溫度有關(guān)。ZnO 電阻片老化程度可通過(guò)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(lái)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(yùn)行的環(huán)境因素有關(guān)，在同一地區(qū)一般不會(huì)有太大的改變，因此電阻片的工作溫度對(duì)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(yīng)更關(guān)注這方面的研究。沖擊實(shí)驗(yàn) U 1mA ：對(duì)于短時(shí)的過(guò)電壓，其時(shí)延對(duì)避雷器的性能有很大的影響，為了表征造成這個(gè)影響的臨界值，規(guī)定了直流 1mA 下的電壓。按經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，避雷器的伏秒特性曲線(xiàn)的拐點(diǎn)一般出現(xiàn)在 1mA 左右的位置，也就意味著在這個(gè)拐點(diǎn)之前，避雷器的絕緣良好，過(guò)了這個(gè)拐點(diǎn)，避雷器的絕緣會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)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(dá) 40 kA 的 4/10us 波形的沖擊電流對(duì)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(dá)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)。相比之下，幅值大的長(zhǎng)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(shuō)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(jìn)行標(biāo)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(yùn)行電壓幅值與起始動(dòng)作電壓的比值，為 0.8 不知道是何規(guī)定）時(shí)，

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(dá)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(guò)較少的次數(shù)就可使功耗標(biāo)么值達(dá)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(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò) 25 次試驗(yàn)后，其功率損耗增加變快，大約40 次到達(dá)功率損耗為初始值的 2 倍。(3) 8 / 20 us 波形相對(duì)于 4/10 波形，其老化更嚴(yán)重。與前而的情況類(lèi)似。Zn0 電阻片吸收能量多，溫度升得高，Zn0 電阻片肖特基勢(shì)壘畸變厲害，體現(xiàn)為功率損耗增加。可見(jiàn)，幅

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(guān)系 由于功率損耗與溫度成線(xiàn)性關(guān)系，經(jīng)沖擊電流作用后，測(cè)量 60時(shí) Zn0 電阻片的功率損耗，這樣測(cè)得的結(jié)果反映的不再是純溫度對(duì)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(shí)際運(yùn)行過(guò)程中 Zn0 電阻片片實(shí)際運(yùn)行情況。試驗(yàn)所得結(jié)果如圖，分析p 如下: (1)如圖3，無(wú)論是哪種波形，Zn0電阻片在60時(shí)的功耗要比30時(shí)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(shí)，4/10us 沖擊 5 次，8 / 20 us沖擊 1 次;幅值為 30 kA 時(shí)，4/10us 沖擊 12 次，8/20us 沖擊 3 次;幅值為 20kA 時(shí)，4/10 沖擊 18 次，8 / 20 us 沖擊 10 次;功率損耗達(dá)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(shí)，老化效果類(lèi)似?？紤]到溫度的因素，由曲線(xiàn)可知，功率損耗與初始功率損耗之比為 2.2 時(shí)，功率損耗變化率變大，增加迅速。對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，可知在 8 /

10、 20 us , 20 kA作用 18 次時(shí) Zn0 電阻片的功耗標(biāo)么值達(dá)到 2.2。結(jié)合美國(guó)關(guān)于避雷器壽命的認(rèn)定方法側(cè)，本試驗(yàn)認(rèn)為功耗突變的時(shí)候?yàn)槠鋲勖K點(diǎn)，定義功耗標(biāo)幺值為 2.2 的時(shí)候 Zn0 電阻片達(dá)到一定劣化程度_需要進(jìn)行檢修或更換.在文獻(xiàn)中，畫(huà)出圖像是有兩種方法的，一種是以老化參數(shù)為研究對(duì)象，分析p 不同條件對(duì)老化的影響，比如上面所摘錄的。另一種是通過(guò)對(duì)每一個(gè)影響因素的試驗(yàn)來(lái)一一判斷。不知道哪種因素對(duì)應(yīng)于哪種老化參數(shù)比較準(zhǔn)確，這個(gè)不知道在做實(shí)驗(yàn)時(shí)能不能夠測(cè)試出來(lái)，獲得一條更準(zhǔn)確的曲線(xiàn)。上述方法都是在避雷器未進(jìn)行工作時(shí)的測(cè)量，而在現(xiàn)實(shí)狀況中，對(duì)避 雷器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)顯得更為重要，有全電

11、流法，補(bǔ)償法等，這個(gè)只是略過(guò)了一下，暫時(shí)未看仔細(xì)。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(duì)金屬電極，構(gòu)成保護(hù)問(wèn)隙，問(wèn)隙距離小于絕緣子串的串長(zhǎng)。正常運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)問(wèn)隙具有均勻工頻電場(chǎng)的作用。架空線(xiàn)路遭受雷擊時(shí)，在絕緣子串上產(chǎn)生較高的雷電沖擊過(guò)電壓，由于并聯(lián)問(wèn)隙的雷電放電電壓低于絕緣子串的放電電壓，問(wèn)隙先放電;接續(xù)的工頻電弧在電動(dòng)力和熱應(yīng)力作用下，離開(kāi)絕緣子串在問(wèn)隙電極之問(wèn)燃燒并向外發(fā)展，保護(hù)絕緣子串免于損壞;由于是瞬時(shí)性故障，空氣絕緣可自恢復(fù)，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(shí)要區(qū)別對(duì)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(lái)，就不會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，因而安裝方式比較簡(jiǎn)單。而懸垂串只能承受自身的導(dǎo)線(xiàn)重量，但是安裝上的間隙也有一定的重量，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮。下面是具體的參數(shù) 耐張串的安裝比較簡(jiǎn)單，懸垂串的安裝問(wèn)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(lèi)如絕緣子串無(wú)法平衡等問(wèn)題，這個(gè)應(yīng)該不在我們的研究范圍之內(nèi)。并聯(lián)間隙的試驗(yàn) 1 1 雷電沖擊試驗(yàn) （1) 50雷電沖擊放電試驗(yàn)。對(duì)絕緣子串加裝并聯(lián)問(wèn)隙進(jìn)行 50雷電沖擊放電試驗(yàn)，以驗(yàn)證雷電沖擊閃絡(luò)是否發(fā)生在問(wèn)隙高、低壓電極之問(wèn)。試驗(yàn)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(wèn)隙時(shí)的 50 放電電壓U 50 為基礎(chǔ)計(jì)算絕緣子串帶并聯(lián)間

13、隙時(shí)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(yàn)中，可觀察到雷擊閃絡(luò)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(duì)于 III 型并聯(lián)問(wèn)隙，即間隙距離等于絕緣子串長(zhǎng) 438 mm時(shí)，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(yàn)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(luò)路徑。(2)伏秒特性試驗(yàn)。對(duì)絕緣子串無(wú)并聯(lián)間隙和絕緣子串并聯(lián) III 型間隙進(jìn)行了伏秒特性試驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)雷電放電路徑是否隨雷電沖擊波頭時(shí)間的變化而改變，表 3 為伏秒特性曲線(xiàn)中 5 個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果。表 3 試驗(yàn)結(jié)果表明，在雷電沖擊伏

14、秒特性試驗(yàn)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(wèn)，可見(jiàn)并聯(lián)間隙定位雷電沖擊閃絡(luò)路徑的保護(hù)特性不受雷電波頭時(shí)間改變的影響。2.工 頻放電試驗(yàn) 工頻放電試驗(yàn)可以檢驗(yàn)引弧并聯(lián)間隙能否定位、疏導(dǎo)工頻電弧的作用，從而保護(hù)絕緣子串。線(xiàn)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(dǎo)至并聯(lián)間隙燃燒，使絕緣子串免于燒損，可通過(guò)工頻電弧試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。由于 35 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)不直接接地，雷擊導(dǎo)致單相接地故障的短路電流不易起弧，需通過(guò)試驗(yàn)研究?jī)上嗷蛉嘣饫讚糸W絡(luò)并出現(xiàn)相問(wèn)短路電弧的情形。本文用單相絕緣子串并聯(lián)間隙試驗(yàn)?zāi)M相問(wèn)短路出現(xiàn)的大電流燃弧現(xiàn)象，用三相絕緣子串試驗(yàn)研究并聯(lián)間隙實(shí)際運(yùn)行中的保護(hù)

15、效果。試驗(yàn)采用 2 基 35 kV 上字形塔的塔頭，懸掛三相絕緣子串和導(dǎo)線(xiàn)，絕緣子片數(shù)、塔頭尺寸及導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑都符合現(xiàn)場(chǎng)要求;用數(shù)字示波器記錄試驗(yàn)波形，用高速攝像儀拍攝試驗(yàn)中的電弧發(fā)展過(guò)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(dǎo)線(xiàn)力一向平行，間隙距離約 438 mm;試驗(yàn)采用了極為PJ刻的條件，將熔絲緊貼絕緣子串;試驗(yàn)的短路電流分別為0.8 kA, 10 kA，相應(yīng)的短路時(shí)問(wèn)為 1.01.5 s 和 0.1660.261 s，試驗(yàn)結(jié)果如表 4所示。分析p 表 4 可知，即使雷電沖擊閃絡(luò)發(fā)生在絕緣子串表面，并聯(lián)問(wèn)隙也有良好的引弧作用，能將電弧迅速?gòu)慕^緣子串轉(zhuǎn)移到并聯(lián)問(wèn)隙電極之問(wèn)并

16、向外發(fā)展，保護(hù)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(xiàn)路，并聯(lián)間隙與導(dǎo)線(xiàn)力一向平行，問(wèn)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(jìn)行了 5 次試驗(yàn)，結(jié)果如表 5 所示。經(jīng)過(guò) 10 次大電流試驗(yàn)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(dǎo)線(xiàn)都未受損傷。3.三相絕緣子串(垂直安裝并聯(lián)間隙)。對(duì)于 35 kV 上字形桿塔，進(jìn)行了 2 次短路電流 10 kA 的燃弧試驗(yàn)，間隙距離為 438 mm 。試驗(yàn)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(yuǎn)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(dǎo)線(xiàn)和絕緣子無(wú)損傷。上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能夠表明并聯(lián)間隙的作用，通過(guò)短路時(shí)間來(lái)判斷此防雷間隙作用如何，但是對(duì)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(guān)的資料，不知道是沒(méi)有這方面的資料還是我沒(méi) 有找到。在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候是不是可以仿照避雷器沖擊實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)防雷間隙金屬電極進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)或者是非破壞性實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，看看能不能擬合出比較直觀的曲線(xiàn)。接地電阻 接地電阻是指在工頻或直流電流流過(guò)時(shí)的電阻，通常叫做工頻（或直流）接地電阻；而對(duì)于防雷接地雷電沖擊電流流過(guò)時(shí)的電阻，叫做沖擊接地

18、電阻。從物理過(guò)程來(lái)看，防雷接地與工頻接地有兩點(diǎn)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(huì)使地中電流密度增大，因而提高地中電場(chǎng)強(qiáng)度，在接地體表面附近尤為顯著。地電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)土壤擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)會(huì)發(fā)生局部火花放電，使土壤電導(dǎo)增大。試驗(yàn)表明，當(dāng)土壤電阻率為 500Ωm，預(yù)放電時(shí)間為3-5μs 時(shí)，土壤的擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(guò)程稱(chēng)為火花效應(yīng)。雷電流的等值頻率很高，會(huì)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(yuǎn)端流通。對(duì)于長(zhǎng)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(chēng)為電感影響。因此，在輸電線(xiàn)路遭受雷擊時(shí)，由于雷電流的原因，不是整個(gè)接地電阻都有電流通過(guò)的，而且由于火花放電會(huì)引起土壤電阻率的改變而導(dǎo)致其實(shí)際電阻不等