交流系统金属氧化物避雷器的选择

2017-09-24 温州创捷防雷电器有限公司 79
  引见了用于中性点直接接地和非直接接地交流电力系统的金属氧化物避雷器(MOA)的抉摘要领。以GB 11032—2000为基础,连络安隐瞒天然条件和系统条件(如内地环境条件、安隐瞒的工频过电压、继续运转电压、利用通流手段、标称放电电流、腌臜耐受手段等),公允地决定MOA的保护个性和运转个性,以期获得杰出的技术经济效益。 关键词: 交流电力系统;金属氧化物避雷器;接处所式;保护个性;运转个性    1 概述
三订交流电力系统中,作用于电器设备上的电压有运转任务电压、工频过电压、利用过电压、雷电过电压。不同的天然环境前提及各类过电压对电力设备的恬适运转形成威胁。金属氧化物避雷器(MOA)的重要任务是将变电站内各类设备上的过电压限定在准许范畴内,并使自己的破坏率掌握在可经受的范畴内。
从应用方面分类,金属氧化物避雷器的个性可分为保护个性和运转个性。保护个性由保护水平决定;而运转个性则有额定电压、袭击通流手段(雷电通流手段,长继续时间耐受手段)、工频电压耐受时间个性、耐污性能、短路电流试验等第等决定,个中避雷器的短路电流试验等第重要由系统的容量和避雷器的安隐瞒决定,具备自力的属性。避雷器的保护个性和运转个性是彼此制约的。
在系统条件确定,阀片性能确定的条件下,若避雷器的额定电压进步,则其准许的继续运转电压就高,耐受工频电压、能量吸收的手段随之进步,标称电流下的残压也随之进步,但保护裕度却会减小;反之,若避雷器的额定电压低落,则其准许的继续运转电压就低,耐受工频电压、能量吸收的手段随之低落,标称电流下的残压也随之低落,但保护裕度却会增大。
若对系统的接处所式、过电压的幅值及继续时间等环境操作把持得领略的话,便可以决定最好的避雷器额定电压值,以获得较大的保护裕度;反之,若对系统的环境了解得不领略、禁绝确,那么就要决定额定电压高一些的避雷器,这时候避雷器的保护裕度就会小一些,被保护物的绝缘所受的电应力就会大一些。若决定避雷器的额定电压较低,就有可以带来恬适事务。
在同一电压等第的系统中,接于绝对地间的避雷器与接于绝对相间的避雷器,其定额电压是不同的。在同一个变电站的同一电压侧,路线型避雷器和母线型避雷器的额定电压也是不同的。
2 中性点直接接地系统MOA的决定
在中性点直接接地系统中,凡是零序电抗X0与正序电抗X1的比值X0/X1≤3, 零序电阻R0与正序电抗X1的比值R0/X1≤1。中性点直接接地的系统重要有:①系统中大部分变压器的中性点是直接接地的;②负荷会集的10 kV和20 kV配电网;③330、550 kV系统中禁绝许变压器中性点不接地运转时的系统。在中性点直接接地系统中,决定MOA时应思索下列几方面。
2.1 内地环境条件
决定MOA时,应按应用避雷器内地的海拔高度、气温、风速、腌臜、地动等环境条件举办决定。若属于失常应用条件,可决定常例产品;若属于非失常应用条件,则应凭证用户的要求,经供需双方协商后决定切合非失常条件应用的避雷器。
(1) 温度。可不思索环境温度变化对避雷器保护个性的影响,但必须思索环境温度变化对运转个性的影响。避雷器失常运转条件下方案的环境温度是-40~+40℃。验证避雷器工频电压耐受时间个性的试验是将试品预热到60±3℃后举行试验。运转中避雷器的电阻片短时下降到60℃是准许的(实测标明,避雷器在太阳下暴晒时,其靠上法兰阀片的温度可以达到60℃)。昼夜间、一年四时中环境温度的变化对避雷器的影响重要形成密封不良与机器个性变化。密封不良则易受潮,诱发事务;机器个性变化重要体现为断裂和裂纹。当环境温度属于非失常运转条件时,密封系统应专门思索并通过相应的检讨加以验证。
(2) 海拔高度。失常应用条件下的避雷器适用于海拔高度1000m下列。当避雷器应用于高海拔地区时,属于非失常应用条件。原则上讲,高海拔地区避雷器的爬距应和其余电器设备的爬距同步增长,避雷器外部绝缘件及外套绝缘的雷电袭击水平应不低于1.2×2倍的标称电流下的残压再加之海拔改动值(海拔每下降100 m,雷电袭击水平下降1%)。
(3) 风速。作用于避雷器的风压力,一般按最微风速35 m/s打算;打算迎风面时应思索覆冰厚度2cm。避雷器经受的长久机器力是避雷器顶端经受导线的最大准许水平拉力与作用于避雷器表面风压力的协力,在此协力作用下避雷器应能稳定运转。运转教训标明,变电站中避雷器端部经受的荷载是不尖刻的,凡是按标准GB 11032—2000型式试验合格的产品均可惬心失常应用要求。
2.2 安隐瞒的工频过电压
一般按避雷器安隐瞒显现的工频过电压来决定避雷器的额定电压。
(1) 工频过电压凡是是由于长线效应、甩负荷、单相接地,以及其余阻拦诱发的暂时的工频电压下降。决定避雷器的额定电压,一般是按单相接地阻拦同时又有甩负荷时健全相上的工频电压下降来思索。工频电压下降继续的时间由发机电的类型和继电保护的整守时间决定,一般为零点几秒或几秒(GB 11032—2000要求MOA必须本事受至关于UR数值的工频过电压的继续时间为10 s),并有衰减振荡的暂态历程。当有工频过电压作历时,将使MOA电流增大、吸收能量添加、温度分明增高。工频过电压的作用将加快电阻片的老化历程,有的MOA在工频电压作用下甚至会产生热瓦解。对付中性点无效接地的系统,若X0/X1为0~+3,R0/X1为0~+1,则避雷器安隐瞒的接地阻拦系数不超过1.4。避雷器的额定电压一般取为接地阻拦系数乘以最大运转相电压,对付1十、220 kV中性点无效接地系统,工频过电压采用1.4倍系统最大运转相电压,但以后我国110 kV及220 kV系统工频过电压一般不会超过1.3倍;对付500 kV系统,凡是取失常送电状态下的甩负荷和在路线受端有单相接地阻拦环境下甩负荷作为确定电网工频过电压的条件,一般330、500kV系统母线侧工频过电压为1.3 Um/
浪涌保护器,防雷器,压敏电阻
,路线侧工频过电压为1.4Um/
浪涌保护器,防雷器,压敏电阻
。当系统对照烦复时,可以对照重要时,一般通过暂态网络阐发仪(TNA)或电磁暂态仿真步伐(EMTP)打算来确定不同运转形势下避雷器安隐瞒的工频过电压的幅值和继续时间,并通过阐发后终极确定。
(2) 工频过电压也可所以由雷击或利用过电压诱发系统阻拦而产生的过电压,所以避雷器在经受工频过电压前将吸收确定雷电过电压或利用过电压的能量(称为初始能量),这部分能量会诱发电阻片温度下降,从而影响避雷器耐受工频过电压的手段。为此,还需凭证吸收的初始能量来决定额定电压。初始能量一般是按2次长继续时间放电所产生的能量。施加初始能量和工频过电压以后还要加避雷器的继续运转电压。在继续运转电压下,避雷器会因温度低落、透露电流减小而趋于波动。是以,避雷器耐受工频过电压的准许时间是工频过电压值、初始能量和继续运转电压的函数。对付额定电压为96 kV以上的电站型避雷器,可用标准GB 11032—2000中8.4.2款路线放电耐受试验来检讨所选的避雷器额定电压能否切合要求。
(3) 若是要求的耐受工频过电压的手段超过了所选避雷器的实践手段,则需决定额定电压较高等第的避雷器。有的出产厂家给出了有初始能量和无初始能量的2条工频电压耐受曲线供用户决定避雷器用。不同出产厂家的避雷器工频电压耐受曲线是不同的。
(4) 应住手部分失地。对付双电源供电的网络,当系统某些部位的设备产生阻拦时,开关行径,中性点不接地的变压器就有可以转变为带单相接地的非无效接地电网的运转形势,接地阻拦系数下降为1.73,这类环境在运转中该当住手。
2.3 避雷器的继续运转电压UC
避雷器的继续运转电压是准许继续加到避雷器端子间的工频电压无效值,它是权衡避雷器运转手段的参数之一。一般,在220 kV及下列系统中,避雷器的继续运转电压UC=0.8UR;在330、500 kV系统中,避雷器的继续运转电压UC=0.75UR。由于系统任务电压的继续作用,避雷器的电阻片产生老化,将诱发避雷器透露电流增大,耗费添加,甚至热瓦解。运转教训标明,凭证型式试验要求所出产的电阻片其耐老化性能是优良的。
2.4 避雷器的利用通流手段
2.4.1 原理
在实践运用中的充电路线上重合利历时,开关重燃将诱发过电压。在此环境下,若何确定安装在开断路线末了避雷器的吸收能量是一个重要题目。假设断路器闭合在工频电压正极性峰值上,Z为低阻抗,通过避雷器的电流是2倍路线撒播时间的方波,电流的幅值可由图解确定。可以凭证图解获得的电流,查出产厂家供给的方波通过手段来决定适宜的避雷器。
重大的单相模型一再是颇有用的,它可以住手代价低廉的打算机或TNA的费用。对付烦复系统,当用重大要领不能获得如意成就时,可举办更正确的打算。
2.4.2 确定避雷器利用通流手段的步骤
第一步,确定系统参数。为了利用简化要领,须确定系统参数,如系统电压、不同电压等第路线的波阻抗和无避雷器时的预期过电压,如表1所示。已知系统的参数和厂家给出的避雷器的伏—秒个性后,可用图解法求出通过避雷器的电流。
第二步,打算避雷器的能量。避雷器利用袭击放电能量W可由式(1)求得
W=(UOV-Up)/Z·Up·2T·n ---------------------------------- (1)
式中,W为利用袭击放电能量,kJ/kV;UOV为预期过电压,kV;Up为利用袭击电流下的残压,kV;Z为波阻抗,Ω;T为撒播时间;n为无冷却环境下中缀放电次数。
第三步,决定具备适宜通流手段的避雷器。首先凭证上述的成就和厂家供给的产品的通流手段(厂家一般给出比能量kJ/kV或方波通流手段)来决定适宜的避雷器;如所选避雷器通流手段不够,则可以进步避雷器额定电压或决定通流手段更大的避雷器;对付同杆架设的双回路输电路线,在决定路线型避雷器的通流手段时应比单回路时添加10%。
表1 系统参数 系统电压/kV 波阻抗Z/Ω 无避雷器时预期过电压UOVpu 110~220 450 3.0 330 400 2.75 500 350 2.50 2.4.3 避雷器长继续时间耐受手段
为了检讨避雷器在实践运转条件下经受路线利用过电压的手段,GB 11032—2000引荐了避雷器长继续时间袭击电流耐受试验用散布常数袭击产生器典范榜样回路,并规定了110 kV及其以上系统用的避雷器(中性点应用的避雷器除外)须做路线放电试验。
采用散布参数的链型袭击电流产生器来模仿输电路线。篡改袭击产生器的参数可以模仿不同的路线长度和波阻抗,并可凭证不同的电压等第按比例模仿不同的过电压倍数,尔后对被试品的比例单元放电。一般,产生器的链数为10,可以产生试验要求的长继续时间袭击电流的波形。
2.5 避雷器标称放电电流
通过避雷器的雷电流与其地点地区的雷电日水平、雷电频度、路线防雷方案、变电站的设备布置以及变电站所处的地形等许多因素无关。我国中性点直接接地系统的变电站都有避雷针或避雷线作为直击雷保护。
(1) 影响通过避雷器雷电流的重要因素:①避雷器安装地区的雷电水平(在我国,40个雷电日为中雷区)和落雷强度。②与变电站衔接的架空线的几何参数(次如果高度、宽度及地线地位)的影响,而几何参数由电压等第决定。③进线绝缘的雷电袭击耐受强度。④进线段的长度、放电电流的陡度取决于进入电站的雷电过电压的陡度,由于架空路线导体的衰减作用,这个陡度又取决于路线雷击点与电站间的距离。在所要求的最短进线保护长度下,最高电压陡度被限定在150~1150 kV/μs,细心视路线的几何距离而定。⑤路线袭击阻抗。⑥杆塔接地阻抗。⑦避雷器行径时衔接路线的数目。
(2) 决定避雷器标称放电电流的重要因素: ①电站的重要性,即可以经受的绝缘的损害率。随着系统电压的进步,重要性也随之进步。②高于标称电流的放电电流显现的几率。
(3) 110~500 kV的输电路线均沿全线架设避雷线,保护角一般在25°~18°,按进线段外雷击的侵入波统计,通过避雷器的标称放电电流可取下列数据:① 110~220 kV系统一般不大于5 kA。据在我国雷电察看的实例数据统计,通过避雷器的电流超过5 kA的几率为0.27%;对220 V单进线变电站(路线绝缘子13×X-4.5),当仅有一只避雷器行径时,打算可得通过避雷器的负极性电流为5~6.4 kA,正极性电流为4.4~5.4 kA;对1十、 220 kV变电站方案应用的标称电流,GB 311.1—1997中引荐为5 kA;而GB 11032—2000引荐应用5 、10 kA 2个系列。② 330 kV系统一般不大于10 kA。 ③ 500 kV系统用10 kA或20 kA。
对支出格重要的发电厂、变电站,需求通过防雷阐发打算确定避雷器的标称电流。
2.6 腌臜耐受手段
对付交流无间隙金属氧化物避雷器,GB 5582—1985《高压电力设备外绝缘腌臜等第》对瓷绝缘和玻璃绝缘规定了最小公称爬电比距的要求:在无分明腌臜的地区,最小公称爬电比距为17 mm/kV;在巨大腌臜地区,最小公称爬电比距为20 mm/kV;在重腌臜地区,最小公称爬电比距为25 mm/kV。
对付爬电比距类似的环境,动力部(1993)第45号文中规定,硅橡胶外套绝缘的污闪、湿闪电压与瓷绝缘或玻璃绝缘的污闪、湿闪电压之比为4∶ 3。
腌臜对交流无间隙金属氧化物避雷器运转个性除影响外绝缘性能外,还会诱发避雷器外部电阻片的电位散布产生畸变,以及由多节瓷套构成的避雷器产生电流转移,这些都会诱发电阻片部分过热。
对用于重腌臜地区的避雷器,应做腌臜试验。对有稀罕需求的地区,可由供需双方协商。
2.7 避雷器的短路电流试验性能
当避雷器产生阻拦时,通过的短路电流不应诱发破坏性爆破。避雷器的短路电流试验性能与其布局和安隐瞒的短路电流无关。当试验电源容量和试验回路参数一守时,外部充气的瓷套避雷器(试品1)、环氧管灌封嵌段胶复合外套避雷器(试品2)、外部单丝环绕纠缠的实心布局复合外套避雷器(试品3),这3种试品所产生的爆破力区别很大。个中,试品1属凋谢式电弧原理,爆破力最大;试品2属半凋谢式电弧原理,爆破力次之;试品3属狭缝式电弧原理,爆破力最小。从恬适运转的角度思索,单丝环绕纠缠式复合外套避雷器的恬适性能为最好。
2.8 保护水平的校核
(1) 共同系数。被保护设备的基准袭击绝缘水平(BIL)和避雷器的保护水平Up之比称之为共同系数ks,即ks=BIL/Up。若是雷电过电压的共同系数≥1.4(非紧靠时),或≥1.25(紧靠时),则利用过电压的共同系数≥1.15。
(2) 距离系数。避雷器直接装在被保护物上时打算的保护裕度才是正确的。当避雷器和被保护物之间有一段距离时,被保护物就要经受一附加的过电压,即由于距离效应诱发的电压下降。距离系数DF可由式(2)求得。
DF=U2/U1 ---------------------------------- (2)
式中,U1为避雷器雷电过电压保护水平;U2为设备上的雷电过电压。
用简化要领,被保护物上的电压U2可用式(3)打算。
U2=U1+2aL/v ------------------------------- (3)
式中,U1为避雷器残压,kV;a侵入波陡度,kV/μs;L为蕴含引线在内的被保护物与避雷器之间的距离,m;υ为波的撒播速度,m/μs。
距离效应分明地取决于侵入波的陡度,而侵入波陡度又与雷击点到变电站的距离、输电路线的参数无关。与雷电袭击电压比拟,凡是利用波的电压波头较缓慢,电流也较小,一般不思索距离效应和接地电阻的影响。是以,设备的利用袭击强度的耐受值与避雷器利用袭击保护水平之比便是1.15即可以为是切合绝缘共同要求的。需求夸张的是,对付大型封锁式变电站、GIS和带电线段的变电站,一般都要用打算机打算不同运转形势下各结点的雷电过电压的幅值和继续时间,以便确定避雷器的布置和组数。
(3) 当避雷器不能惬心绝缘共同要求时,可采用调剂MOA的地位、决定保护性能更好的MOA、适宜低落MOA额定电压或添加MOA台数等措施予以改革。
2.9 近区雷击
(1) 所谓异样近区雷击,便是在变电站外的1~2 km范畴内,输电路线上产生绕击或还击而进入变电站的雷电过电压的幅值高、陡度大。这类环境下,被保护物绝缘经受的电气应力添加许多,避雷器的雷电通流负担加剧。在有些环境下,通过避雷器的电流可以达到GB 11032—2000中表17的大电流袭击耐受值。若是达到上述值,避雷器的残压将达到1.25~1.4倍标称电流下的残压值,在这类环境下要求避雷器的电阻片不穿、不闪、不裂。
(2) 近区雷击时,若是路线绝缘子串或空气间隙产生闪络,幅值很高的载波侵入变电站,常使变电站产惹祸务。如电容式电压互感器爆炸,电磁式电压互感器相间绝缘或对地绝缘击穿,主变压器匝间绝缘击穿,进线拒却开关支柱闪络,热备用断路器断口击穿破坏等阻拦屡见不鲜。且站区短路往常形成恶性事务,损失很大。
(3) 若是在变电站热备用的断路器外侧装路线终端避雷器,或在多雷区断路器外侧装路线终端避雷器(住手在断路器暂时断开历程时侵入波反射下降),可以无效地进步变电站的运转稳定性,低落事务率。
3 中性点非直接接地系统MOA的决定
对付3~66 kV的电网,凭证运转的需求,变压器的中性点可以有不接地、经高电阻接地或经消弧线圈接地等非直接接处所式。对付3~20 kV的电网,其工频过电压取1.1×1.73倍最大运转相电压;对付3五、66kV电网,其工频过电压取1.73倍最大运转相电压。由于产生单相接地后,一再见诱发间歇性弧光接地过电压、铁磁谐振过电压,故避雷器的额定电压应比工频过电压高出确定值,以担保避雷器运转的稳定性。对付要求在10 s以上切除阻拦的网络,避雷器的额定电压无效值如表2所示。另外步骤与中性点接地系统避雷器抉摘要领类似。
表2 避雷器的额定电压值无效值 系统标称电压/kV 3 6 10 20 35 66 避雷器额定电压/kV 5 10 17 34 54 96
4 保护扭转发机电的避雷器
(1) 保护发机电、电动机的避雷器的额定电压,按1.25倍发机电、电动机额定电压决定,创议值见表3。
(2) 大、中型扭转机电很重要,要求防雷稳定。由于机电布局上的启事,机电主绝缘的袭击系数很低,接近于1,其出厂袭击耐压值只要等同电压等第变压器的1/3左右。运转中机电的袭击耐压只要(2.12~2.5)Ue(Ue为机电额定电压)。
(3) 发机电用MOA标称电流为5 kA,电动机为2.5 kA。运转教训标明,带勾串间隙和并联电阻的“四星”接法的MOA事务率较高。研讨标明,通过适宜加大电阻片直径,减小电流密度,低落保护大、中型机电用避雷器的残压,使之达到绝缘共同的要求是公允的、可行的,可获得较好的技术、经济和恬适运转结果。
表3 保护发机电、电动机的避雷器的额定电压创议值 额定电压/kV 3.15 6.3 10.5 13.8 15.75 18 20 22 24 26 避雷器额定电压/kV 4 8 13.2 17.5 20 22.5 25 27.5 30 32.5
5 论断
(1) 系统的接处所式及产生的工频过电压是决定避雷器额定电压的重要根据。
(2) 避雷器的保护个性和运转波动性是彼此制约的。应连络被保护物的绝缘个性、绝缘水温顺运转环境条件公允地决定避雷器的参数,住手偏颇。
(3) 变电站热备用断路器或多雷区断路器外侧装路线终端避雷器可无效地进步变电站的运转稳定性。
(4) 保护大、中型扭转机电用的避雷器残压水平是决定该型避雷器的偏重点,从机电和避雷器恬适运转的角度解缆,采用较大直径的电阻片低落扭转机电用避雷器的残压是公允的、无效的路径。
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