有关线路避雷器标准和参数设计中的几个问题

结合新制订的电力行业标准“交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器”（讨论稿）,对一些参数设计问题,如线路避雷器设计的基本要求,额定电压、直流1mA参考电压、方波冲击电流值、操作冲击通流能力、串联间隙的放电电压特性、串联间隙支撑绝缘子试验电压值的确定等,提出一些看法与建议,供有关部门特别是制订标准的部门参考和讨论,以期有利于该类新产品的推广使用和设计水平的提高。     

高海拔地区±400kV直流线路型避雷器设计EI北大核心CSCD

±400 kV青海柴达木—西藏拉萨直流输电线路(简称柴拉线)是西藏电网的主受电通道,是国内外第一条途径5000m海拔等级地区的直流输电线路。为有效提高其抵御雷害风险的能力,结合现行的交直流线路避雷器技术标准,针对高海拔地区环境要求,设计了±400kV直流线路避雷器的结构型式和关键技术参数,并进行了试验验证。研究结果表明:±400kV直流线路避雷器的额定电压为±480 kV,标称放电电流为20kA,雷电冲击放电电压≤2100 kV,雷电冲击残压≤960 kV,外绝缘的统一爬电比距≥32.5 mm/kV,直流湿耐受电压为480 kV,复合外套的雷电冲击耐受电压为1344 kV和直流湿耐受电压为480 kV,统一空气串联间隙距离为2.8~3.2 m。研制的±400 kV直流线路避雷器填补了高海拔直流线路避雷器的技术空白,为该避雷器在±400 kV柴拉线上的推广应用打下了基础。     

金属氧化物避雷器的若干应用问题

近年来,随着金属氧化物避雷器应用日益广泛,在应用中遇到不少问题,现就以下几个问题进行探讨: 1 保护特性和可靠性的关系 金属氧化物避雷器的保护特性主要是指雷电冲击残压、陡波冲击残压和操作波冲击残压,绝缘配合上要求低于设备的绝缘水平,绝缘配合系数为1.25以上。残压越低,保护特性越好。但不能太低,过低会影响直流或工频参考电压达不到要求,从而影响避雷器本身的运行可靠性。     

500 kV高电位梯度GIS罐式金属氧化物避雷器研制

为了满足500 kV GIS设备抵御过电压风险的需求,研制了高电位梯度GIS罐式金属氧化物避雷器,介绍了避雷器的结构及关键技术参数,设计计算了均压屏蔽罩及电阻片表面电场强度、罐体内部电位分布及外壳受力性能,开发了高梯度氧化锌电阻片,并开展了加速老化、内绝缘耐受、残压及工频电压耐受时间特性试验验证工作。研究结果表明:避雷器罐体内部电场强度最大值为18.97 kV/mm,电位分布不均匀系数为1.059,罐体外壳在正常使用和故障条件下的安全系数分别为13.6和1.53;研制的氧化锌电阻片在95%荷电率下的老化系数为0.8,并通过了工频电压耐受时间特性试验;避雷器通过了工频743 kV、雷电冲击1 676 kV和操作冲击1 175 kV的内绝缘耐受试验,雷电冲击残压为978 kV、操作冲击残压为830 kV和陡波冲击残压为1 100 kV,完全满足技术要求,具备挂网运行条件。     

±800kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究

依托向家坝至南汇直流输电工程,研究了±800kV换流站交流侧工频过电压、交直流侧操作过电压和雷电过电压、直流线路操作和雷电过电压。重点分析了±800kV与±500kV在直流过电压和绝缘配合方面不同之处。给出了避雷器配置方式、参数的选择原则和方法,确定了换流站各避雷器的保护水平和配合电流及避雷器的能耗及能耗与直流侧的快速保护定值、延迟时间的配合。提出换流站绝缘配合裕度系数和主要设备绝缘水平要求及直流线路操作冲击和雷电冲击要求的最小空气间隙计算方法。     

220kV带串联间隙线路避雷器保护性能研究

鹰潭供电公司220 kV月铜线发生的两起雷击跳闸故障,故障相均安装了线路避雷器,因此,供电公司对线路避雷器的保护效果产生了疑虑。为深入验证线路避雷器的保护效果,避免类似事件的再次发生,国网江西省某电力科学研究院通过开展线路避雷器雷电冲击50%放电电压试验和工频湿耐受电压试验对避雷器间隙距离进行了深入研究,得到了不同间隙距离线路避雷器与不同绝缘子串的配合裕度,在此基础上给出220 kV线路避雷器间隙距离推荐值(840±10)mm,可以同时满足保护可靠性与运行安全性的要求。     

避雷器外套的绝缘耐受试验要求

1 前言 避雷器外套(包括瓷外套和有机外套)的绝缘耐受试验要求在国标中已有明确规定。例如,GB11032—89《交流无间隙金属氧化物避雷器》第5.12条规定:“避雷器瓷套的绝缘耐受电压应符合GB311.1中对高压电器外绝缘的规定”。第6.12条规定:“本试验应在干、湿状态下进行,……。具体试验要求及方法,应符合GB311.1～311.3中的规定”。 但是,笔者在一些避雷器制造厂的鉴定资料(含企业标准和型式试验报告等)及宣传材料中发现,试验值经常高于或低于国标规定值。例     

断路器断口防入侵波雷害研究

针对全国近年大量加装的线路型终端避雷器,文中运用雷电波陡度理论,首创性推导出35～500 kV线路采用线路型终端氧化锌避雷器时断路器断口所承受的入侵雷电波过电压计算公式。同时通过公式计算表明:线路型终端避雷器不满足绝缘配合要求,因而不能有效保护断路器断口;而变电站型终端避雷器满足绝缘配合要求,能有效保护断路器断口。这是全国各电压等级线路在大量加装线路型终端避雷器后断路器断口击穿事件仍时有发生的根本原因,也是文中重点论述并提醒行业、协会对反事故措施文件及相关技术规范尽快纠正的依据。     

±800 kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究

依托向家坝至南汇直流输电工程,研究了±800 kV换流站交流侧工频过电压、交直流侧操作过电压和雷电过电压、直流线路操作和雷电过电压.重点分析了±800 kV与±500 kV在直流过电压和绝缘配合方面不同之处.给出了避雷器配置方式、参数的选择原则和方法,确定了换流站各避雷器的保护水平和配合电流及避雷器的能耗以及能耗与直流侧的快速保护的定值、延迟时间的配合.提出换流站施缘配合裕度系数和主要设备绝缘水平要求以及直流线路操作冲击和雷电冲击要求的最小空气间隙计算方法.     

再议10kV线路避雷器雷电耐受技术参数的选用

10kV线路避雷器自身运行雷击损坏故障多发,归因为雷电耐受设计参数水平低缺乏充分论证。该文构建了10kV架空线路直击雷过电压瞬态过程计算模型,以冲击大电流幅值耐受超限作为避雷器本体雷击损坏的判据,计算获得线路避雷器故障临界雷电流,采用电气几何模型法统计得到线路避雷器的雷击故障概率,证明了现行技术标准规定的避雷器雷电耐受技术参数能够满足一般雷电强度地区的使用要求。进一步结合我国雷电活动区域分布特征,提出线路避雷器雷电耐受技术参数优化选择建议:用于雷电地闪密度小于4.71次/(km~2·a)的多雷区、中雷区、少雷区的线路,选择8/20μs标称放电电流为5kA、4/10μs大电流冲击为65kA;用于强雷区的线路和雷电地闪密度大于等于4.71次/(km~2·a)的多雷区的重要线路,选择标称放电电流为10kA、大电流冲击为100kA。并建议大电流冲击耐受试验采用整只避雷器本体为试品,促进生产工艺改良,改善线路避雷器产品实际雷电耐受性能与设计指标不匹配问题。     

避雷器用脱离器选择和使用方法研究

首先,从动作性能、电气耐受性能和机械性能三个方面阐述了避雷器用脱离器的选择方法;然后,结合相关标准要求和实际运行经验,分析了配电网避雷器和无间隙线路避雷器用脱离器的安装使用方法;最后,归纳出正确进行脱离器选择和使用的方法,指出脱离器的选择应考虑配套避雷器的性能要求、系统接地方式、脱离器的工作原理和安装使用环境条件等,脱离器的安装使用应保证其动作后不影响设备的绝缘水平。     

降低避雷器额定电压或残压对取消750kV线路断路器合闸电阻的影响

目前中国西北地区已投运的750 kV工程避雷器配置基本上是采用750 kV母线侧避雷器额定电压600 kV、线路侧避雷器额定电压648 kV。绝大多数750 kV工程线路断路器装有570~600Ω合闸电阻。根据工频过电压的差异化研究结果,母线侧和线路侧避雷器额定电压在一定范围内均可以进一步降低。避雷器性能提高,避雷器操作冲击电流残压降低,750 kV线路合闸操作过电压水平会相应降低,有利于取消750 kV线路断路器合闸电阻。文中对750 kV工程避雷器额定电压或残压降低后的合闸操作过电压进行了研究,结合操作过电压闪络率的计算,提出了降低避雷器额定电压或残压后取消750 kV线路断路器合闸电阻的适用范围。     

变电站雷电侵入过电压波形特征及其影响因素的仿真

为探讨变电站设备实际耐受的雷电冲击电压波形与标准雷电冲击电压波形的差异,对变电站雷电侵入过电压的波形特征及其影响因素进行了仿真研究。通过在电磁暂态计算程序(EMTP)中建立500 k V交流变电站–输电线路模型,并结合过电压形成的物理过程,分析了雷击类型、输电线路传输过程以及避雷器对雷电侵入过电压波形的影响。研究结果表明:受雷击工况、输电线路传输过程及避雷器等非线性设备的影响,变电站设备实际耐受的雷电侵入波形近似为平顶波,波前时间可达8μs,波尾时间最短仅为10μs,最长可达数百μs。严苛情况下,变电站设备在实际雷电侵入电压波形下的绝缘耐受水平低于标准雷电冲击试验值。该研究为进一步探讨雷电冲击试验标准的合理性奠定了基础。     

整只配网用避雷器大电流耐受能力试验研究

配网用避雷器一般采用复合外套避雷器,大电流耐受能力是制约避雷器性能的重要因素,为此,对此进行深入试验研究。根据标准要求,配网避雷器应通过65kA的大电流冲击耐受试验。但是实际试验结果表明：在电阻片大电流冲击耐受试验通过的情况下,装有相同电阻片的整只避雷器的大电流冲击耐受试验却难以通过。因此选用5家国内有代表性的电阻片生产厂生产的电阻片和整只避雷器为研究对象,对复合外套避雷器整只大电流冲击耐受能力进行了系统试验研究。研究表明,导致复合外套避雷器整只大电流冲击耐受能力下降的主要原因是工艺问题,其次是电阻片大电流通流能力不够,还有就是其内部绝缘件使用不当和质量差。试验还表明,采用管形结构设计的避雷器大电流耐受能力最好;大电流耐受能力不足是强雷地区配网避雷器故障率高的首要原因,而避雷器结构、工艺、制造质量及电阻片尺寸是主要制约因素。     

一种10 kV配电线路防雷复合绝缘子的绝缘设计及防雷性能

提出了一种避雷器和绝缘子相结合的防雷复合绝缘子设计方案,通过搭建试验平台与仿真模型对其绝缘设计及防雷性能进行分析。绝缘性能研究表明:100 kV正极性雷电冲击电压下,随着放电球直径的增大,放电球间隙距离的下降;26 kV工频湿耐受条件下,间隙击穿电压与放电球直径的关系成"U"型曲线分布;随着支撑件长度的上升,支撑件内绝缘冲击击穿电压显著上升。基于试验结果和分析,对防雷复合绝缘子的绝缘参数进行优化设计,并开展整体性能测试,整体绝缘和机械抗弯性能符合标准要求。基于绝缘设计,通过EMTP-PSCAD和平行多导线的时域有限差分算法对防雷复合绝缘子的防雷特性进行仿真分析。分析结果表明防雷复合绝缘子防雷性能满足标准和线路运行要求。基于吸收能量等效,结合数值分析,文中设计的通过幅值65 kA波形4/10μs大电流冲击测试的防雷复合绝缘子,最大耐受直击雷为-35 kA,最大耐受感应雷(雷击于距离杆塔65 m处)为-147 kA。     

±800kV特高压直流输电系统换流站绝缘配合研究

以糯扎渡电站送电广东±800 kV特高压直流输电工程为背景,对换流站绝缘配合进行了研究。在分析换流站各种过电压的基础上,基于高压直流输电换流站绝缘配合原则,提出了避雷器配置方案和换流站绝缘水平。同时,根据换流站设备的操作冲击耐受电压,计算出了换流站阀厅空气净距。文中的研究结果可为以后直流输电工程的设计和建设提供参考。     

±800kV特高压直流换流站绝缘配合

为合理确定±800kV特高压换流站设备绝缘水平,分析了换流站避雷器保护配置方案、绝缘配合的原则、绝缘裕度(包括换流变套管绝缘裕度的取舍)等关键问题,建议晶闸管阀、雷电冲击和操作冲击的绝缘裕度降低到10%,而特高压直流换流站直流侧油浸式设备不再采用SIWL/LIWL的比系数(0.83)和靠至高一级的标准绝缘水平等级;对于换流变内绝缘与套管绝缘间的裕度,建议直流800 kV换流变套管的直流耐受试验和极性翻转试验(都带局部放电测量)的试验水平取绕组相应耐受电压水平的1.15倍,而雷电和操作冲击试验电压水平由按比绕组绝缘水平提高10%降低到提高5%执行;最后初步探讨了避雷器的参数与特性、设备的保护水平。     

±800kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究

依托向家坝至南汇直流输电工程，研究了±800kV换流站交流侧工频过电压、交直流侧操作过电压和雷电过电压、直流线路操作和雷电过电压。重点分析了±800kV与±500kV在直流过电压和绝缘配合方面不同之处。给出了避雷器配置方式、参数的选择原则和方法，确定了换流站各避雷器的保护水平和配合电流及避雷器的能耗以及能耗与直流侧的快速保护的定值、延迟时间的配合。提出换流站施缘配合裕度系数和主要设备绝缘水平要求以及直流线路操作冲击和雷电冲击要求的最小空气间隙计算方法。     

±500 kV线路避雷器运行情况及其绝缘底座缺陷分析与建议

直流线路避雷器于2013年首次应用中国输电线路,为了解其运行状况及运行过程中存在的问题,笔者跟踪了某直流±500 k V输电线路试运行线路避雷器的运行情况,发现自安装直流避雷器后,该线路雷击故障明显下降,然而大多数避雷器计数器却并未动作。对该线路在运直流避雷器进行了现场抽样检测,结果表明:仅1个计数器存在缺陷,现场抽测的13基避雷器底座绝缘电阻值下降明显。分析认为,避雷器绝缘底座绝缘性能过低可能是计数器未正常动作的原因之一,而绝缘部件老化、外部积污及绝缘瓷件损坏均可导致缘底座绝缘性能急剧下降。提出了将瓷质绝缘底座更换材质或在瓷套外加装柔性绝缘护套来减小外界对绝缘件本体的压强,及统一避雷器底座绝缘电阻值判断标准的建议。     

绕击雷侵入波下1 100 kV电气设备的绝缘配合研究

用电气几何模型(A-W theory)和EMTP程序定量研究了中国特高压变电站设备的绝缘配合问题。与出厂雷电冲击试验电压波形不同,由绕击雷电侵入波在主变压器上产生的电压波形在波头有高频振荡且波尾时间长。考虑多重雷的绕击雷电侵入波,在线路入口安装瓷柱式避雷器和罐式避雷器可以更好地保护断路器和高抗。