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避雷器的作用及閥片特性,變電站十年電力工程師分享,民熔

避雷器的作用:

變電站採用避雷針或避雷線能防止一次裝置不遭受直擊雷,但與站內一次裝置相連的輸電線路,一旦遭受雷擊,雷電波將會沿著線路侵入變電站,會危及電氣裝置的執行安全,此外電氣裝置還可能受到內部過電壓及反擊雷的危害,這些是避雷針或避雷線所不能解決的問題。為將過電壓限制在電氣裝置的耐壓值之內,可用避雷器來實現此目的。

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避雷器與被保護電氣裝置並聯接線,一般裝在輸電線路進站端電容式電壓互感器(簡稱CVT)前或安裝在35kV~220kV電力電纜輸電線的首、末端;安裝在高電壓大容量變壓器三側開關的變壓器側;安裝在35kV~500kV相關母線上,以及電抗器、電容器組的單元中。

透過以上例舉,我們不難看出,避雷器的安裝位置較靠近被保護電氣裝置,使被保護電氣裝置在避雷器的保護範圍之內。

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避雷器正常執行時,避雷器閥片呈現高阻值並保持對地絕緣。在執行電壓下流過很小的交流洩漏電流,般在幾十到數百微安,且主要為容性電流,阻性電流只佔很小一部分。當過電壓幅值達到一定值時,避雷器閥片會呈現低阻值將電流洩入大地,遏止了過電壓幅值,從而保護了變電站的一-次裝置。避雷器動作後閥片會自動截止工頻續流,使系統恢復正常工作狀態。

避雷器閥片非線性電阻特性的好壞,直接關係到避雷器能否正常動作,起到保護一次主要裝置的作用,而不是透過雷電流或操作過電壓後特性電阻恢復的越快越好。閥片電阻的非線性特性恢復得過快,會導致避雷器上的殘壓過高,不利於被保護裝置的安全執行,甚至會使被保護裝置因避雷器上的殘壓過高而被損壞。

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因電氣裝置內絕緣全波雷電衝擊試驗電壓與避雷器標稱放電電流下殘壓之比,稱為絕緣配合係數,該係數越大,被保護裝置越安全。如果避雷器上的殘壓大於標稱放電電流下的殘壓值,會使絕緣配合係數變小,此時便失去了避雷器保護一次裝置的作用。

如果避雷器動作後,閥片電阻的非線性特性恢復得過慢,工頻續流會使避雷器閥片過熱,可使閥片非線性電阻特性降低或劣化,最終導致避雷器發生爆炸事故。避雷器執行事故中最常見的原因,是由於密封不嚴進水受潮造成的。,其次是避雷器的閥片在製作、燒坯、配方等工藝和工序中存在不足與缺陷而引發的。

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如果想進一步瞭解掌握座標曲線較真實的原貌,可自己動手繪製。繪製時以縱座標為電壓(單位kV)軸,橫座標為電流(單位mA)軸,建立座標系。

在施加直流1mA下的電壓時,以1mA電流為參考,先將電流分成5~10個相等的參考點,再操作直

流發生器時,加各點參考電流值,記錄各點電壓值。

值得注意的是,在建立座標系後,電壓與電流的標註一 定要嚴格按照一 定的比例進行標註,取點要儘量多些,只有這樣、曲線畫的才能比較圓滑,視覺效果才會較好。

透過座標圖,我們看到,施加直流1mA時,正是氧化鋅避雷器閥片非線性電阻拐點時的電壓值,在未達拐點試驗電壓前,試驗中我們看到直流發生器的電壓表的顯示增長速度較快,而電流表的顯示增長速度較慢。

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當試驗電壓臨近避雷器閥片非線性電阻的拐點時,電壓表及電流表的顯示增長速度與上述表現相反。過了拐點電壓後,試驗電流增長迅猛,如試驗電流達2~3mA時,而試驗電壓只略生幾伏或幾十伏而已。氧化鋅避雷器閥片的過流量10A/cm2,且壓降大;而碳化矽避雷器閥片的過流量小,壓降小。

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測試35kV及以下氧化鋅避雷器的絕緣電阻,應使用2500V兆歐表,絕阻不低於1000MQ; 35kV以 上氧化鋅避雷器使用2500V及以上兆歐表,絕阻不低於2500MR。而碳化矽避雷器絕緣電阻只500600MQ。

避雷器廠家對組裝後的避雷器進行抽真空,並往避雷器內注入惰性氣體氮氣,並保持微正壓,使外界的潮氣不易侵入,以滿足避雷器在執行和夏季高溫工作環境中的熱穩定和安全性。避雷器防爆膜能夠釋放因其內部出現受潮、過熱故障時所產生的氣體壓力,當氣體壓力達到-定壓強時,防爆膜破裂,釋放掉內部高氣壓,以減少或避免避雷器在執行中發生爆炸,能有效抑制部分避雷器因爆炸而引起執行事故的發生。

電力系統過電壓,220kV及以下一次裝置主要考慮是大氣過電壓;而220kV以上一次裝置主要是考慮操作 過電壓。

大氣過電壓分直擊雷過電壓和感應雷過電壓,以直擊雷對一次裝置的危害最大。內部過電壓分為兩類,一 類稱為操作過電壓,另一類稱為諧振過電壓。220kV以上一次裝置操作過電壓的頻次和機率最大。