金属氧化物避雷器 110(66)kV≤Un≤500kV 地震烈度 最大风速 覆冰厚度 污秽条件 ≤7度 ≤35m/s ≤2cm Ⅳ级及以下污秽等级 Un=750kV ≤8度 ≤34m/s ≤1cm Ⅲ级及以下污秽等级 (海拔2000m时) 碳化硅阀式避雷器 ≤7度 ≤35m/s ≤2cm Ⅳ级及以下污秽等级 4.2 异常使用环境条件 本标准所规定的异常使用条件包括系统标称电压110(66)kV~500kV金属氧化物避雷器、碳化硅阀式避雷器,不包括系统标称电压750kV金属氧化物避雷器。
(1) 环境温度超过+40℃,或低于-40℃; (2) 海拔高度超过1000m;
(3) 可能使绝缘表面或安装金具产生腐蚀的烟气或蒸汽;
(4) 因烟气、灰尘、盐雾、严重水雾或其他导电物质引起的严重污染; (5) 粉尘、煤气或烟气的爆炸性混合物;
(6) 异常机械条件(烈度7级以上的地震、振动,最大风速超过35m/s,覆冰厚度超过2cm及高弯曲负载等);
(7) 避雷器带电冲洗; (8) 异常运输或贮存;
(9) 额定频率低于48Hz或高于62Hz; (10) 电源靠近避雷器;
(11) 对于线路用金属氧化物避雷器的异常运行条件还包括:110kV及以上无避雷线的线路; (12) 对于碳化硅阀式避雷器的异常运行条件还包括以下两点:
1) 湿热带强雷地区;
2) 使用点的系统短时工频电压升高有可能超过避雷器的额定电压。
5 避雷器选择的一般程序
(1) 按照使用地区的气温、海拔、风速、污秽条件和地震等环境条件,确定避雷器的使用条件。 (2) 根据被保护对象选择避雷器的类型。
(3) 对于无间隙金属氧化物避雷器应按照系统长期作用在避雷器上的最高电压确定避雷器的持续运行电压。
(4) 对于无间隙金属氧化物避雷器应根据安装点的暂时过电压的幅值和持续时间的估算结果,选择避雷器的额定电压,并与工频电压耐受时间特性进行校核。对于碳化硅阀式避雷器或带串联间隙金属氧化物避雷器应根据安装点过电压的幅值及间隙遮断续流的能力,考虑避雷器或避雷器本体的额定电压。
(5) 估算通过避雷器的雷电放电电流幅值和持续时间,选择避雷器的标称放电电流。
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(6) 估算通过避雷器的操作冲击电流和能量,选择避雷器的线路放电等级、方波冲击试验电流幅值以及能量吸收能力。
(7) 根据被保护设备的额定雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压,按照绝缘配合的要求,确定避雷器雷电冲击保护水平和操作冲击保护水平。
(8) 根据被保护设备的绝缘水平,确定碳化硅阀式避雷器及带串联间隙金属氧化物避雷器的雷电冲击放电电压上限。
(9) 根据被保护设备可耐受的操作过电压倍数(避雷器不应动作),确定碳化硅阀式避雷器及带串联间隙金属氧化物避雷器工频放电电压下限。
(10) 按照避雷器安装处的最大故障电流,选择避雷器的压力释放等级。
(11) 按照避雷器安装处的污秽等级,选择避雷器外绝缘套的爬电比距。外绝缘选择中,应考虑设备外绝缘与海拔高度的关系。
(12) 按照避雷器安装处的引线拉力、风速和地震条件,选择避雷器的机械强度。
(13) 当避雷器不能满足绝缘配合要求时,可采取以下一种或几种方法予以改进:调整避雷器的位置;选择保护性能较好的避雷器;适当降低避雷器的额定电压;增加避雷器的只数等。 6 技术要求
6.1 无间隙金属氧化物避雷器 6.1.1 额定电压(Ur)
避雷器的额定电压是施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值,按照此电压所设计的避雷器能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确动作。它不等于系统的标称电压。
额定电压一般的考虑原则是:只要满足保护绝缘的配合系数(6.1.7),避雷器的额定电压可选得高一些。
无间隙金属氧化物避雷器的额定电压可按式(1)选择。
Ur≥kUt (1)
式(1)中,k为切除单相接地故障时间系数。对于110kV~750kV系统、10s及以内切除故障的66kV系统,k=1.0;对于66kV系统10s以上切除故障时,k=1.25~1.3(1.25主要用于保护并联补偿电容器及其他绝缘较弱设备的避雷器)。Ut为暂时过电压(kV)。暂时过电压(Ut)的推荐值见表3,表3中Um为系统最高工作电压。
对于直接接地系统的变压器中性点用无间隙金属氧化物避雷器的额定电压一般不低于系统最高工作相电压,66kV变压器中性点用无间隙金属氧化物避雷器的额定电压应不低于系统最高工作电压。
无间隙金属氧化物避雷器额定电压推荐值见表4、表5。
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表 3 暂时过电压Ut推荐值(有效值)
系统标称电压(kV) Ut 66 Um 110~220 1.4Um/3 330~750 母线侧 1.3Um/3 线路侧 1.4Um/3 表 4 无间隙金属氧化物避雷器额定电压Ur的建议值(有效值) (kV)
66 系统标 称电压 Ur 10s及以内 切除故障 72 10s以上 切除故障 96 102 204 110 220 330 母线侧 300 线路侧 312 500 母线侧 420 线路侧 444 750 母线侧 462 线路侧 498 表 5 变压器中性点用无间隙金属氧化物避雷器额定电压Ur建议值(有效值) (kV)
系统标称电压 Ur 66 96 110 72 220 144 330 84(210) 500 102 注:括号中数使用于中性点150kV等级绝缘 6.1.2 持续运行电压和持续电流 6.1.2.1 持续运行电压(Uc)
持续运行电压是允许持久的施加在避雷器端子间的工频电压有效值。一般相当于避雷器额定电压的75%~80%。
对于110kV~750kV系统,无间隙金属氧化物避雷器持续运行电压应不低于系统的最高工作相电压。对于66kV的系统,10s及以内切除故障时,Uc≥Um/3;10s以上切除故障时,Uc≥Um。 6.1.2.2 持续运行电流
在持续运行电压下通过避雷器的持续电流应不超过规定值,该值由制造厂规定和提供,所提供值应包括全电流和阻性电流基波分量的峰值。
交接试验时,在系统运行电压下测量持续电流即运行电压下的交流泄漏电流应不大于出厂试验值的30%。
6.1.3 参考电压(Uref) 6.1.3.1 工频参考电压
工频参考电压是避雷器在工频参考电流下测出的避雷器的工频电压最大峰值除以2。工频参考电流由制造厂确定,对于单柱避雷器,参考电流的典型范围为每平方厘米电阻片面积0.05mA~1.0mA。工频参考电压应不低于避雷器的额定电压值。 6.1.3.2 直流参考电压
直流参考电压是避雷器在直流参考电流下测出的避雷器的电压。直流参考电流的数值由制造厂规定。通常取1mA~5mA,国内一般取1mA。直流1mA参考电压值一般不小于避雷器额定电压的峰值,同时不应小于附录表A1的规定值。
交接试验的直流参考电压不应大于出厂值的±5%。 6.1.3.3 0.75倍直流参考电压下漏电流
漏电流也可称为泄漏电流。无间隙金属氧化物避雷器在0.75倍直流1mA参考电压下的漏电流
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不应大于50μA。额定电压大于216kV时,漏电流由制造厂和用户协商规定。 6.1.4 标称放电电流的选择
标称放电电流是用来划分避雷器等级的波形为8/20的雷电冲击电流峰值。无间隙金属氧化物避雷器按远方雷击侵入波的概率统计及电站的重要性,一般可按表6进行选择。
表 6 无间隙金属氧化物避雷器标称放电电流的选择
系统标称电压(kV) 标称放电电流(kA) 66~110 5 220 10 330~500 10~20 750 20 变压器中性点 1.5 注:在雷电活动特别强烈地区、重要变电所、进线保护不完善或进线段耐雷水平达不到规定时,110(66)kV~110kV系统中,避雷器的标称放电电流可选10kA,330kV~500kV系统中,避雷器的标称放电电流可选20kA。 6.1.5 残压 残压是放电电流通过避雷器时,其端子间最大电压峰值。避雷器在陡波、雷电及操作冲击电流下的残压值应不大于附录表A1的规定值。 6.1.6 工频电压耐受时间特性
工频电压耐受时间特性是表明避雷器在运行中吸收了规定的操作过电压能量后,耐受暂时过电压的能力。当暂时过电压的幅值高于或低于避雷器额定电压而作用时间短于或长于10s时,可以用工频耐受时间特性曲线校核,该曲线必须由避雷器制造厂提供。 6.1.7 保护水平与绝缘配合 6.1.7.1 雷电过电压保护水平
避雷器雷电过电压的保护水平取下列两项数值的较高者: (1) 陡波冲击电流下最大残压除以1.15; (2) 标称放电电流下的最大残压。 6.1.7.2 操作过电压保护水平
避雷器的操作过电压保护水平是规定的操作冲击电流下的最大残压。避雷器的操作冲击电流残压试验所用的操作冲击电流的波头时间为30μs~100μs。其电流幅值则按避雷器的不同标称电流系列、不同类型以及不同额定电压分别规定了不同的数值。 6.1.7.3
配合系数(ks)
配合系数为设备的绝缘水平与避雷器的保护水平之间应有的裕度。等于被保护设备的绝缘水平除以避雷器的保护水平。 (1) 雷电过电压的配合系数
1) 中性点避雷器 ks >1.25 2) 避雷器非紧靠保护设备 ks >1.4 (2) 操作过电压的配合系数 ks >1.15
对于330kV及以上电压等级变电所、带电缆段的变电所及全封闭组合电器(GIS)的配合系数,应通过模拟计算对绝缘配合状态进行校核,也可用统计法求出变电所的危险概率。
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6.1.8 能量吸收能力
6.1.8.1 长持续时间电流冲击吸收能力
避雷器应耐受在型式试验时校核的长持续时间电流冲击的考核。
对于5kA等级(额定电压90kV及以上)、10kA及20kA无间隙金属氧化物避雷器,应根据标称放电电流及用户要求的线路放电等级通过线路放电试验验证长持续时间耐受能力。
对于1.5kA、5kA等级(额定电压90kV以下)无间隙金属氧化物避雷器,应通过2000μs方波电流冲击试验验证长持续时间耐受能力。
长持续时间电流冲击耐受试验后,电阻片应无击穿、闪络、破碎或其他明显损伤的痕迹,且试验前后各种冲击电流下的残压变化应不大于5%。 6.1.8.2 大电流冲击耐受能力
无间隙金属氧化物避雷器电阻片需进行波形为4/10的大电流冲击耐受抽样试验。电阻片在大电流冲击下,不应有击穿或闪络等破坏。在动作负载试验中,也要施加大电流冲击,试验只施加两次冲击,试品不应有击穿、闪络等损坏。大电流冲击耐受试验数值见表7。
表 7 大电流冲击耐受试验数值
避雷器标称放电电流等级(kA) 20 10 5 1.5 注: (1) 括号内电流峰值为不推荐值; (2) 根据运行条件电流峰值可取其它值(较低或较高)。 大电流冲击电流值(峰值,kA) 100 100(65) 65(40) 10 6.1.9 动作负载 6.1.9.1 动作负载试验
无间隙金属氧化物避雷器应能耐受动作负载试验所示的运行中出现的各种负载。这些负载不应引起避雷器的损坏或热崩溃。
对于1.5kA、5kA(额定电压90kV以下,并联补偿电容器用避雷器除外)以及强雷电负载避雷器,用大电流冲击动作负载试验验证。对于5kA(额定电压90kV及以上)、10kA、20kA等级及并联补偿电容器用无间隙金属氧化物应用操作冲击动作负载试验验证。
如果达到热稳定,试验后检查试品,若电阻片无击穿、闪络或破损的痕迹,试验前后的各种冲击电流下的残压变化不大于5%,则避雷器通过试验。 6.1.9.2 动作负载试验中的热稳定评价
对于各种类型避雷器在试验程序中,至少在施加升高的持续电压(Uc)的最后15min期间,如漏电流的阻性分量峰值或功率损耗或电阻片的温度稳定降低,则认为经受动作负载试验的避雷器比例单元是热稳定的,且认为通过了本试验。
在某些情况下,在施加Uc结束时,仍不能明确的判断避雷器是否热稳定。施加电压Uc的时间应延长直到确认电流或功率损耗或电阻片的温度稳定降低为止。如果在施加电压3h后,电流或功
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