避雷器雷电冲击劣化特性研究

金属氧化物避雷器是电力系统中的重要过电压保护设备,避雷器雷电冲击寿命直接受其内部氧化锌电阻片劣化特性的影响,本文通过大量试验,研究了电阻片在8/20μs、10 k A雷电流作用下残压、交流U1m A、直流U1m A、泄漏电流及功率损耗随雷电流冲击次数的变化规律,结果表明:每组试验内冲击次数越多,电阻片的劣化越缓慢;随着冲击次数的增加,特征参量均有变化,且存在明显的劣化转折点;在所有特征参量中,泄漏电流的变化最为明显,为工程运行中避雷器劣化特性的研究提供了参考依据。     

35kV金属氧化物避雷器雷电冲击老化性能的研究

研究了在连续雷电冲击电流(8/20μs)作用下,35 kV金属氧化物避雷器小电流特性与残压特性的变化规律,以及避雷器内部电阻片的老化特点及失效方式。35 kV避雷器受到连续雷电冲击时,存在一冲击阈值(850次),当冲击次数低于该阈值时避雷器小电流及残压特性几乎不变,当冲击次数大于该阈值时,避雷器小电流及残压特性发生明显劣化;雷电冲击造成避雷器的失效主要是由内部电阻片沿面闪络引起的,并在避雷器接地端首先发生沿面闪络现象;氧化锌电阻片受到雷电冲击后性能出现方向性差异。该研究为35 kV等级的避雷器运行的雷电冲击老化寿命评估和失效方式预防提供了实验依据。     

长脉宽冲击电流下氧化锌避雷器阀片老化特性

在直流输电工程中，大地回线和金属回线转换是一项十分重要的操作，而转换开关两侧并联的氧化锌避雷器阀片对其过电压进行限制，确保其能转换成功。在转换开关实际工况中，氧化锌避雷器阀片承受的实际工况多数为长脉宽冲击电流。通过肖特基势垒理论以及离子迁移率对氧化锌避雷器阀片在40 ms长脉宽冲击电流下的老化规律进行研究，得出以下结论：1)长脉宽冲击电流下，U_{1 mA}先略微下降再到平缓甚至一直保持不变，即说明电流分布集中势垒较高的晶界层单元链中，并对阀片整体晶界层起到均一化作用。2)随着脉冲次数的增加，500 A残压值的增加速度由快到慢，即逐渐平缓，其中填隙锌离子的迁移建立其的电场使得后续的离子难以迁离至晶界层中，进而使得后续势垒变化速度较慢。     

研究所可提供避雷器及阀片的全套检测装置

ICG系列冲击电流发生器是一种可以产生雷电冲击电流、长持续时间冲击电流、操作冲击电流及大电流并对试品进行自动检测的测试设备 ,主要适用于避雷器阀片进行冲击电流试验。发生源产生冲击电流 ,可供避雷器阀片、各种电器和电子设备进行抗瞬态过电压能力试验和限制电压特性测试等。 1 997年已开发研制出“避雷器阀片全自动检测生产线”。 1 999年又研制出“多种波形电流发生器”,可用于避雷器组装厂及试验站进行试验。IVG冲击电压发生器是一种能产生脉冲波的高压发生装置。它用于设备遭受大气过电压(雷击 )、操作过电压的绝缘性能的研究…     

利用陡波冲击电流发生器研究避雷器阀片的残压及过冲

论述了在陡波冲击电流（最短波前近１８０ｎｓ）作用下避雷器阀片的残压及其过冲的特点和成因；比较了不同波形电流作用下ＺｎＯ及ＳｉＣ阀片的伏安特性。所得结论对避雷器的设计及生产具有一定的参考价值。     

配网金属氧化物避雷器额定重复转移电荷特性探讨

按照IEC 60099-4:2014标准规定,配网用金属氧化物避雷器的能量吸收能力应采用8/20μs波形的雷电冲击电流进行考核,GB/T 11032—2010标准规定采用方波冲击电流进行考核。本文分别对两个系列的金属氧化物电阻片进行方波冲击电流耐受试验和8/20μs雷电冲击电流试验,记录试验前后参考电压数值、波形及残压数值,并对数值、波形进行分析、比对,证实不同系列的金属氧化物电阻片对方波冲击电流和8/20μs雷电冲击电流的响应特性不同,提出配网用避雷器应采用8/20μs雷电冲击电流进行考核,拟修订的GB/T 11032标准应参照IEC 60099-4:2014标准对相关条款进行修订。     

避雷器金属氧化物阀片对陡波冲击电流的响应

介绍了在确定避雷器承受超高频扰动性能上所进行的研究工作.特别是在施加上升时间很短的冲击电流波期间,对避雷器阀片(包括传统的和金属氧化物阀片)的残压进行了测量.由于电压波形呈现出显著的过冲现象,从而,得到的残压比8/20μs标准冲击波时的残压高.     

金属氧化物避雷器对陡波头冲击电流的响应

本文用不同波形的冲击电流测量了金属氧化物避雷器(以下简称ZnO避雷器)的残压,并观测和比较了ZnO阀片和传统的SiC阀片的特性。研究发现,在ZnO避雷器情况下,记录的残压波前部分有一个短时(约0.15μs)的电压尖峰出现,此过电压尖峰是短时间的,对常规的设备绝缘不构威胁。然而,由于它的存在提出了有试验的必要性,等同于传统避雷器需做波前放电试验。     

避雷器残压试验中雷电冲击残压波形影响因素分析

雷电冲击残压试验(以下简称残压试验)是验证避雷器雷电冲击保护特性的重要试验，测量的准确性是试验的基础。笔者针对试验中因示波器通道间干扰、分压器分压比及低压臂阻抗大小等因素对残压波形的影响进行了分析，并针对影响因素采用不同方法改善了残压测量波形，为提高雷电冲击残压测量的准确性提供了参考方案。     

不同波形下冲击电流发生器的搭建

避雷器残压试验中,国标规定的雷电冲击标准波形为8/20μs及陡波冲击1/10μs,然而在实际过电压保护中,避雷器遭受的雷电冲击电流差异性很大,完全不同于标准规定的冲击电流波形,此时的残压特性将会与标称放电电流时有很大不同,通过理论分析和合理试验搭建了输出波形为15/40μs、8/20μs,4/10μs,1/4μs、幅值范围为1～20 k A冲击电流发生器,并给出了回路的基本设计参数及波形调节原则,即先确定C并将L、R调至最小,后依据波形调节L及R。结果表明:电感或电容的减小均会使波头时间变短;电阻的增大会使波头时间变短,波尾变长。搭建的冲击电流发生器均能产生满足国标要求的冲击电流波形,为研究避雷器不同的残压特性打下了基础。     

1000kV避雷器电流分布试验方法及特性的研究

介绍了1 000 kV交流系统用避雷器的电流分布试验方法及研究结果。在操作冲击电流和雷电冲击下多柱并联电阻片的电流分布试验结果表明,冲击电流的波形对电流分布系数的影响不大,但在同一波形下随着冲击电流幅值减小,电流分布系数增大;同时分析了电阻片配组参数,当按照每层每片电阻片的直流2 mA参考电压值和500 A操作冲击残压值之间的偏差同时小于0.5%的原则进行配组,电流分布系数小于10%;不同串联片数的4柱并联电阻片组进行试验,结果表明,随着串联电阻片的数量增加,电流分布系数减小。     

避雷器引线上的残压

本文研究了避雷器的引线长度、冲击电流波形以及冲击电流的幅值所形成的电压降,从而可以预见迭加到避雷器残压上的实际最高电压值。     

配网线路避雷器雷电放电电流和吸收能量特性分析

配网线路避雷器雷击放电电流特性是其动作负荷、残压、型号选择、试验考核和运行寿命评估的关键依据。在建立配电网输电线路防雷计算模型的基础上,用电磁暂态计算程序ATPEMTP对无避雷线的典型10 kV配电线路在不同雷击途径下流经线路避雷器的雷电放电电流和吸收的雷电放电能量进行了计算分析。研究了不同波形、幅值雷电流侵入时,不同杆塔冲击接地电阻下,线路避雷器的放电电流和吸收能量特性,分析了雷电流幅值、波形、冲击接地电阻对放电电流的幅值、波头时间、波尾时间和避雷器吸收能量的影响。研究结果表明:雷直击线路时,避雷器放电电流幅值和吸收能量均随冲击接地电阻阻值的增大而减小,而雷击塔顶时相反。     

氧化锌电阻片在脉冲电流下的残压分散性研究

大能量吸收场合用氧化锌避雷器采用多柱并联结构,由于氧化锌电阻片之间电学性能分散性的影响导致各并联柱之间存在分流不均匀现象,制约了避雷器整体的能量吸收能力。研究了商用氧化锌电阻片在不同脉冲电流波形(4/10μs、8/20μs、2 ms方波)和能量下残压的分散特性以及相应的失效方式,包括单次脉冲和重复脉冲两类实验。单一脉冲下,不同脉冲波形下的残压分散性随脉冲能量呈现两段特性,即小于阈值能量时残压分散性基本不变化,大于阈值后迅速增大。重复脉冲下,氧化锌电阻片晶界出现劣化,但残压分散性基本保持不变。在大电流区,氧化锌电阻片晶界被击穿,其电流-电压特性主要受晶粒电阻控制。因此,电阻片的残压分散性主要受氧化锌晶粒电阻分布以及脉冲下热特性影响。氧化锌电阻片在4/10μs、8/20μs脉冲波形下的主要失效形式为沿面闪络,在2 ms方波下主要发生穿孔和炸裂。     

气体绝缘及气体绝缘设备新形GIS用避雷器的开发

通过添加物的开发，制造工艺的改善，以谋求避雷器用氧化锌的小颗粒化，使各阀片的每单位厚度的动作起始电压从２００Ｖ提高到３００Ｖ，以达到降低残压的目的。在６６ｋＶ、１５４ｋＶ系统上用的避雷器，雷电冲击残压分别被降低了１５％、２５％，设备的绝缘水平也被降低了。进行了长期带电寿命评价和短时间电压状态试验，确认了其实用性。图１４、表２、参考文献９。〔摘自日本电气学会论文志Ｂ１９９７１１７（１０）：１２４０～１２５０（日文）气体绝缘及气体绝缘设备新形GIS用避雷器的开发     

关于金属氧化物避雷器标准GB11032-2000的几点讨论

测试避雷器或电阻片的直流参考电压在承受大电流或方波冲击试验前后的变化率比测试其残压变化率更能判断该避雷器或电阻片受冲击后的电性能退化程度;建议修改GB11032-2000中的直流参考电压、残压要求;建议提高和完善对低压避雷器的特性要求。     

高压直流换流站内ZnO阀片的小电流伏安特性的研究

为研究高压直流换流站内无间隙避雷器阀片的小电流伏安特性,测试了三类国产ZnO阀片在换流站内不同电压作用下的小电流伏安特性,分析了阀片在各种复杂电压下伏安特性的规律和电压波形对阀片非线性程度的影响;指出:在非正弦电压作用下,测量阀片阻性电流的回路应该考虑阀片的电容是随频率变化而变化的这一事实,必须补偿掉各种频率下阀片中的容性电流成分才能比较精确地测得流过阀片中的阻性电流。     

动车组避雷器可靠性与老化特征参量的相关性

为研究动车组车载避雷器可靠度与老化特征参量之间的相关性,以便及时维护和保养动车组避雷器,本文在实验室环境下,设计了避雷器的电热一振动一浸水联合加速老化试验。然后利用MATLAB求取避雷器寿命的威布尔(weibull)分布模型参数;并测量不同寿命阶段的老化特征参量,分析不同寿命阶段各老化特征参量与避雷器可靠度之间的关系。结果表明,避雷器绝缘电阻、直流参考电压、0.75倍直流参考电压下泄漏电流、工频参考电压、持续运行电压下阻性电流分量与避雷器可靠度之间成线性关系,能较好反映避雷器的可靠性,为动车组避雷器的运行和维护提供了良好的参考价值。     

一起110kV复合绝缘MOA少数电阻片劣化分析

针对一起复合绝缘氧化锌避雷器部分电阻片劣化后难以利用阻性泄漏电流判定缺陷的案例,利用MATLAB对部分电阻片劣化后的氧化锌避雷器进行了仿真分析,通过对比电阻片在不同劣化程度时,运行电压下通过避雷器的全电流和阻性电流泄漏值,发现当劣化电阻片个数很少时,阻性泄漏电流随着劣化程度的增加存在一个峰值,当劣化程度继续增加,过了这个峰值后难以通过带电检测得到的阻性电流泄漏值判定出少数电阻片严重劣化的避雷器缺陷,仿真结果与缺陷案例吻合。因此,根据仿真结果,提出结合在线监测下的全电流值是否超过初始值10%来判定避雷器状态的建议。     

氧化锌电阻片冲击电流下残压特性方程的研究

金属氧化物避雷器的冲击电流残压特性主要是由它的核心元件——氧化锌电阻片的特性决定的。本文通过研究多种典型规格的氧化锌电阻片在标准雷电及操作冲击电流下残压特性,得出了在各个电流幅值区域内,氧化锌电阻片的某一特定系数与电阻片的直径存在近似线性的关系,该特定系数与电阻片横截面的表面积、厚度、残压比值密切相关。