金属氧化物避雷器现状及发展趋势

2017-09-24 温州创捷防雷电器有限公司 45
  择要: 文章引见了国内外氧化锌(ZnO)非线性电阻片技术的发展历程及改革问题;避雷器电场方案技术的变迁,三维电场剖析软件在避雷器方案中的应用;瓷套型避雷器、GIS型避雷器、复合外套型避雷器的技术前进;以及伴同ZnO电阻片性能的进步所带来的避雷器小型化、轻型化、高稳定性和长寿命。文章着末还引见了IEC标准拟订各个阶段的切磋重心、问题以及而后要处置的课题。 关键词: 避雷器;氧化锌电阻片;电位散布;电场强度    20世纪60年代,日本率先开发出氧化锌(ZnO)非线性电阻片。由于其具备残压低、无续流、行径时延小、通流容量大等益处,使得由ZnO非线性电阻片组装成的金属氧化物避雷器(MOA)在电力系统中替代SiC避雷器而获得遍及应用及快速发展。现在,MOA已成为电力系统中性能最好且发展最快的过电压保护装配,其应用范畴极端遍及。MOA从产品布局分有瓷套型避雷器、GIS型避雷器、复合外套型避雷器和油浸避雷器(用于变压器中)4种;按保护设备类型分有配电系统过电压防护、变电站的过电压防护、并联及勾串弥补电容器保护、发机电的过电压保护、限定电动机投切产生的利用过电压、路线载波通信中阻波器保护用、限定中性点未直接接地变压器的中性点过电压用、输电路线防雷保护、直流输电系统换流站过电压保护、大型发机电转子回路灭磁历程中的过电压保护和能量吸收、超高压直流断路器开断时系统中的能量吸收等11类。由于通过进步被保护设备稳定性和低落过电压水平能带来巨大的经济效益,而ZnO非线性电阻个性又对限定过电压起着相当重要的作用,以是天下各京城在竭力研讨改革ZnO非线性电阻片的原材料和出产工艺,并力求将最新的技术应用于对避雷器的方案中,同时斥地新型材料,以期达到更志向的防护结果。
1 ZnO非线性电阻片的技术变迁
自20世纪60年代末财产化以来,ZnO非线性电阻片技术通过一向改革进步,国内上而今曾经发展到了第4代。第1代ZnO非线性电阻片于20世纪60年代末产生,延续应用至80年代中期。它的应用是电力系统防护雷电过电压和利用过电压方面的一次革命。但它还存在V - A曲线不够平坦、荷电率低、透露电流大、老化性能劣化等弱点。第2代ZnO非线性电阻片自80年代初财产化以来始终延续应用至今。第2代电阻片较之第1代电阻片在增进物共同的最好化方面做了许多的改革,使其老化寿命和非线性性能获患了较大的改革。我国抚顺电瓷厂、西安高压电瓷厂和西安电瓷研讨所于80年代中期引进了日本公司的第2代电阻片技术,通过20多年的技术消化、吸收及改革,而今其技术性能曾经在第2代基础上有了进一步的改革。第3代ZnO非线性电阻片技术产生于80年代中期,以日本东芝公司的技术为代表。其重要特性是V - A个性曲线更平坦,保护个性进步;荷电率更高,电阻片老化性能更好;2 ms方波耐受手段进步近1倍,在等同吸收能量的征兆下电阻片体积缩小近50%,既华侈了原材料,又完成为了避雷器的轻型化;正面采用低铅玻璃釉,具备耐受4/10 μs大电流的手段,同时耐湿性能增强,适应各类绝缘介质。是以能够在各类气体、绝缘油以及直接注射成形的硅橡胶中应用。第3代电阻片因上述精良的性能而被誉之为高性能电阻片。第4代ZnO非线性电阻片在90年代完成为了财产化,它是在第3代电阻片技术的基础上通过增进新的成份,将单位高度的参考电压进步了2~3倍,达到了400 V/mm和600 V/mm,即在等同参考电压下将电阻片高度减至正本的1/2如下。现在,它重要应用于组合电器用罐式避雷器中,它的应用可大大减小罐式避雷器的体积,使其完成小型化。现阶段正在举办将其应用于复合型带勾串间隙路线避雷器的研讨,它的斥地应用将能够使路线避雷器完成小型化与轻型化,更便于安装。第4代电阻片被称之为高梯度电阻片。电阻片技术的发展征兆见表1。
综上所述,随着电阻片技术的飞速发展及电阻片性能的一向进步,避雷器的布局也相应产生了很大篡改,且保护性能也越来越好。
表1 电阻片技术发展征兆
浪涌保护器,防雷器,压敏电阻
2 避雷器的技术变迁
2.1 避雷器方案技术的发展
避雷器方案重要蕴含电气性能方案和机器性能方案。电气性能方案次如果对避雷器举办电位掌握,使其电位散布只管均匀、电场强度惬心方案值的要求。在20世纪80年代前,次如果通过电路打算来力求散布的均匀,并应用电流法举办验证。开初开端应用二元电场剖析软件来举办电场阐发打算,并用氖灯管丈量避雷器中电阻片电位,这类打算要领始终延续至20世纪90年代。以上这些要领只能对方案举办大致的向导,进一步的方案任务还需求通过大量的试验验证和调剂,是以任务量极大。而今天下上驰誉的出产厂家都采用切确的三维电场剖析软件举办电场的阐发打算,此软件能阐发非对称均压环和其余介质对电场的影响。通太小型电阻片 - 光纤要领,沿着电阻片中缀丈量电位散布,能够完成对付部分最大电压不均匀系数的丈量。事实证明,三维电场剖析软件可能无比切确土地算避雷器中电位散布和电场强度,如图1所示,这给方案任务带来极大的方便。应用高精度阐发技术方案、选用的均压环能够彻底替代陶瓷电容器,进而完成最好的电位分担(布)及电场强度。
浪涌保护器,防雷器,压敏电阻
图1 三维电场剖析软件对避雷器非对称均压环中电位散布和电场强度的阐发打算
2.2 瓷套型避雷器的技术前进
330 kV及以上电压等第所应用的避雷器,避雷器芯体由于受对地杂散电容的影响,其上电位散布极不均匀,从而使避雷器上部的电阻片要承当太高的电压,其问题是加快了电阻片的劣化,进而招致避雷器毁坏。为了处置这个题目,需求从2个方面入手:①进步电阻片的荷电率;②缩小对地杂散电容的影响,使电位散布只管均匀。
在第3代电阻片产生以前,由于方案手段和电阻片性能的限定,仅仅通过均压环弥补杂散电容的影响远远惬心不了要求,是以在晚期通过在电阻片上并联同轴电容和均压环来完成均压,其结果是能将电位散布不均匀率抑制在10%左右。但它的漏洞是布局烦复,且同轴电容本钱极高。为了处置本钱高的题目,出产厂家开初在方案中将同轴电容用在电阻片阁下并联陶瓷电容来替代。但它一样存在以下弱点:①由于电容是分节举办弥补,是以在电容的衔接部位电位散布不中缀,电容衔接部位电阻片的电压负担对照大;②电容的荷电寿命以及平稳电容环氧管的老化寿命成为避雷器稳定性的重要包管。
随着第3代高性能电阻片技术的显现和三维电场剖析软件的应用,天下闻名的出产厂家均勾销了并联电容的方案,而采用均压环来弥补杂散电容的影响。这类布局能够将500 kV避雷器的电压散布不均匀率掌握在15%以内。由于电阻片荷电率的进步,以及避雷器电压散布不均匀率被掌握在了15%以内,是以彻底能惬心避雷器寿命要求。此布局的益处是:①能够使瓷套的直径减小,从而加重了避雷器的品质;②缩小了近60%的零部件,布局得以简化,稳定性获得进步;③电阻片上的电位散布没有突变,电阻片的寿命获得担保。
2.3 罐式避雷器的技术前进
以后,以具备精良绝缘性能SF6气体为绝缘介质的气体绝缘金属关闭开关设备(GIS)因具备占空中积小、免维护及高稳定性等益处,在天下范畴内获患了越来越遍及地应用。对电压等第为110~1 050 kV的GIS,随着电压等第的进步,与之相配套的避雷器的体积也越来越高大。在330 kV及以上电压等第的GIS中,若与之配套应用的避雷器芯体采用单柱布局,则避雷器本体味无比地高。为了处置高度题目,若应用巨大梯度的电阻片(200 V/mm),则只能采用多柱并联、挫折形勾串布局,随之也会产生筒径大、整机个数多(中央需加绝缘垫块)、中央衔接导线电感影响保护水平等倒运因素。高梯度电阻片较之巨大梯度电阻片的高度低落了1/2,它的显现使得800 kV及如下罐式避雷器的芯体采用单柱布局方案成为也许,避雷器的布局也是以而重大化。800 kV GIS型避雷器的直径仅为1 400 mm、高为3 600 mm。完成为了体积的小型化,更便于运输。
为了进一步使罐式避雷器小型化,日本东芝公司在此基础上又研制斥地了超高梯度电阻片,其梯度达到600 V/mm,使得800 kV GIS型避雷器的尺寸减小到直径1 200 mm、高2 700 mm,体积减小了45%。在特高压输电中, 避雷器的保护水平将直接影响工程造价,出于对避雷器能量吸收手段及保护水平的要求,天下闻名厂家都采用电阻片多柱并联(一般4柱并联)布局,其体积很大,是以给运输形成为了极大的艰巨。超高梯度电阻片的显现,大大减小了避雷器的体积。能够预见,应用超高梯度电阻片方案的避雷器必将在特高压输电系统中获得遍及地应用。
2.4 复合外套型避雷器的技术前进
针对瓷套配电型避雷器一般不带压力释放装配、阻拦率高、产生阻拦时瓷套会产生爆炸等漏洞,美国通用电气公司(GE公司)于1979年研制出了配电系统用复合外套型避雷器。由于该复合外套型避雷器具备外部受潮隐患低、低电压避雷器裙套无爆炸损害、体积小、品质轻、耐污性能好等益处,故现在其在天下列国的发展很快。在我国,电站型避雷器曾经研制到220 kV电压等第,它所具备的体积小、品质轻、便于现场安装的特性,使其能够被安装在输电路线杆塔上,从而无效地进步了路线的耐雷水平。特别是在某些雷电行动凶猛,采用低落接地电阻办法有艰巨的地段,电站型避雷器为处置因雷击而诱发输电路线事务、低落线路过电压、保护绝缘子串供给了强有力的手段。我国路线避雷器曾经研制到500 kV电压等第,随着电压等第的进步和紧凑型杆塔的遍及采用,应用常例梯度电阻片的路线避雷器本体太长、安装未便的漏洞被突显出来。现在日本正在举办将高梯度电阻片应用于路线避雷器方面的研讨,同时也在为IEC标准的拟订做前期的研讨斥地任务。
3 IEC标准的变化征兆
无间隙金属氧化物避雷器的第一个标准这天本于1984年拟订的国家标准,版本号是JEC - 217,它是天下最先的无间隙避雷器标准,蕴含瓷套型、GIS型避雷器。IEC第1个无间隙金属氧化物避雷器标准于1991年第1次出版,版本号是IEC 60099 - 4,它是在综合了带间隙避雷器标准和列国无间隙避雷器标准的基础上批改拟订而成的。它蕴含了500 kV及如下悉数等第避雷器,在此标准里明晰提出了密封要求,压力释放试验因袭带间隙避雷器的规定,但没有对付腌臜试验要领的规定。IEC 60099 - 4于1998年举办了第1次勘误,在此次勘误中明晰了腌臜试验要领。2001年举办了第2次勘误,此次勘误对悉数种类避雷器(蕴含复合型、油浸型、GIS型)的试验要领均作了细心规定,同时对复合外套避雷器的试验要领举办了切磋,但对付压力释放试验和机器强度试验仍未作出细心规定。2004年出版了IEC 60099 - 4第2版,在这一版里充盈了各类避雷器的相关规定,对压力释放试验、机器强度试验均举办了批改。2002年出版了54 kV及如下电压等第路线避雷器的标准,现阶段以日本、法国和美国为首正在举办路线用避雷器标准的勘误任务,目的是完成悉数等第路线避雷器的标准化。个中一个很重要的内容,等于切磋将高梯度电阻片应用在路线避雷器中,使避雷器本体高度低落,以更好地应用于高压和特高压系统中。
4 完结语
无间隙金属氧化物避雷器的研制告成和奉行应用是在电力系统过电压保护方面获得的最突出的科研问题,它使得电力系统的过电压防护技术达到了一个新的水平。随着电阻片性能的一向改革和进步,以及方案技术的前进,避雷器布局更趋重大化、小型化,稳定性更高,保护性能亦更精良。新材料、新技术的应用,拓展了避雷器的保护范畴,使得电力系统过电压水平进一步低落,从而给电力系统带来更大的经济效益。
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