CN201402695Y

CN201402695Y - 220kV系统线路开关用复合外套金属氧化物避雷器

Info

Publication number: CN201402695Y
Application number: CN2009201061187U
Authority: CN
Inventors: 张宝全; 何广昌; 朱树立; 孙浩
Original assignee: Zhongneng Power Tech Development Co Ltd
Current assignee: Zhongneng Power Tech Development Co Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2019-03-11

Abstract

本实用新型提供一种保护变电站内线路开关的220kV系统线路开关用复合外套金属氧化物避雷器。该避雷的本体(1、2、15)由氧化锌电阻片串联而成。

Description

220kV系统线路开关用复合外套金属氧化物避雷器

技术领域

本实用新型涉及一种复合外套金属氧化物避雷器，特别是一种安装在变电站内或变电站外的用于保护线路侧开关(即断路器)的复合外套金属氧化物避雷器。

背景技术

当与变电站相连的线路受到雷击时，雷击损坏线路侧开关的直接原因如下，即当线路热备用或被重合闸之前一旦遭雷击(特别是重复雷)，由于此时的开关处于断路状态，雷电波在开关处断口多次反射，雷电的过电压将会成倍地增加，致使开关断口绝缘被击穿而引发事故。因此，需要在变电站线路开关和输电线之间增加保护，保护变电站内线路侧开关。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种安装在变电站内或变电站外的220kV系统线路开关用复合外套金属氧化物避雷器，将该复合外套金属氧化物避雷器安装在此开关的线路侧，可有效地限制雷电侵入波幅值，保护线路侧开关免受雷电过电压的损坏。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下一种220kV系统线路开关用复合外套金属氧化物避雷器，其本体由氧化锌电阻片串联而成。

通过在开关的线路一侧设置这样的避雷器，可有效地限制雷电侵入波的幅值，保护220kV系统线路开关免受雷电过电压的损坏。

这种用于线路开关侧的避雷器又分为两种，一种是无间隙的，一种是有间隙的。它们的主要区别体现在本体上是否串联有放电间隙。

其中，无间隙的避雷器中，所述本体为两段式结构，包括第一本体和第二本体；第一本体和第二本体由连接金具固定或铰接连接。并且在所述本体的一端还设置有导线连接件，并在所述本体和所述导线连接件之间安装有均压环。无间隙避雷器在最大运行相电压下应具有可靠的耐老化性能，而在雷电过电压下应有良好的保护性能。即在最大运行相电压下，避雷器长期承受运行相电压的作用，在此电压下电阻片不应明显老化；而在雷电过电压下，避雷器应可靠动作，释放雷电过电压能量，限制雷电过电压幅值，保证避雷器标称放电电流下的残压低于开关的雷电冲击耐受电压，且有一定的裕度。此外，设置有均压环的作用在于，降低杂散电容对电阻片柱电压分布的不良影响，改善电阻片柱的电压分布，降低电阻片的运行荷电率。

均压环的高度为380mm、直径为930mm，本体的总结构长度为2515mm～2600mm，所述氧化锌电阻片的2ms方波通流能力为800A。这使本避雷器更适用于220kV的变电站。

有间隙的避雷器中，在所述本体的一端还设置有导线连接件，并且，在所述导线连接件和本体之间还设置有放电间隙。有间隙的复合外套金属氧化物避雷器在最大运行相电压下应具有一定的工频电压耐受能力，在雷电过电压下能够具有可靠的保护性能。即在最大运行相电压下，该避雷器的间隙不应放电。因此，避雷器本体不会长期承受运行相电压的作用，这使得电阻片不会老化，可实现避雷器的免维护。在雷电过电压下，有间隙避雷器应能够可靠放电，限制雷电过电压幅值，保证其雷电冲击50％放电电压低于开关的雷电冲击耐受电压，且有一定的裕度。

所述放电间隙包括间隔设置的上、下电极和设置在两电极之间的绝缘子，该结构具有放电间隙距离精度高、稳定的特点。

此外，避雷器的总结构长度为3456mm；所述上、下电极间的距离为250mm，相向端的直径均为350mm，放电间隙14的总长度为1118mm，所述本体的电阻片的2ms方波通流能力为800A。这样的避雷器更适用于220kV的变电站。

在所述本体的远离所述导线连接件的一侧设置有接线端子，放电计数器经该接线端子与本体相连。在计数器接线端子处设置了端子护套，使其端子内外隔离，但在电气相通，避免端子松动而影响密封性能。

本体电阻片与绝缘筒之间填充有硅橡胶。这样，保证了本体内部无空腔，使得其在环境温度变化的条件下无呼吸作用。另外，外部硅橡胶外套为整体成型，并且在硅橡胶外套端口处设置防雨帽，可防止硅橡胶外套端口破损，保证密封可靠。

附图说明

图1为无间隙避雷器的结构示意图。

图2为悬挂式无间隙避雷器的结构示意图。

图3为无间隙避雷器在供电系统中的位置示意图。

图4为悬挂式有间隙避雷器的结构示意图。

图5为有间隙避雷器在供电系统中的位置示意图。

具体实施方式

本实用新型的关键在于避雷器产品与线路侧开关之间合理的参数配合，并根据开关设备的实际安装情况，选择合适的避雷器结构形式及安装方式，对开关实施有效的保护。

下面详细描述本实用新型的220kV系统线路开关用避雷器。

鉴于线路开关的安装位置不同，即，复合外套金属氧化物避雷器也随之会被安装在变电站内或变电站外。所以，该避雷器具有两种具体结构，一种是无间隙的，一种是有间隙的。

下面对这两种避雷器分别进行说明。

无间隙避雷器

无间隙避雷器具有保护特性稳定、动作灵敏、可靠的特点，但是由于其电阻片最大运行荷电率较高(荷电率不大于85％)，故每年需最少进行一次预防性试验，运行维护工作量较大，所以适用于站内安装，以便检测避雷器的运行状态。

无间隙避雷器在最大运行相电压下应具有可靠的耐老化性能，而在雷电过电压下应有良好的保护性能。即在最大运行相电压下，避雷器长期承受运行相电压的作用，在此电压下电阻片不应明显老化(需每年进行一次预防性试验进行检测)；而在雷电过电压下，避雷器应可靠动作，释放雷电过电压能量，限制雷电过电压幅值，保证避雷器标称放电电流下的残压低于开关的雷电冲击耐受电压，且有一定的裕度。

线路开关用无间隙避雷器的整体特性计算如下：

a)无间隙避雷器的持续运行电压U持续应符合式(1)要求：

(有效值)................(1)

取U_持续＝168.5kV(交流，有效值)

其中：U_m为220kV系统设备最高电压，取252kV(有效值)；

b)无间隙避雷器标称放电电流残压U_残应符合式(2)要求：

U_残≤U_冲耐/K₂＝607kVp，....................................(2)

取U_残＝538kVp

其中：U_冲耐为设备雷电冲击耐受电压，取850kV(峰值)；

K₂为雷电过电压下的配合系数，取1.4。

该避雷器安装方式又分为非悬挂式和悬挂式两种。

图1表示出一种无间隙避雷器A。该无间隙避雷器A的本体包括第一本体1、第二本体2，并且，第一本体1和第二本体2之间通过螺栓固定在一起。该第一本体1与第二本体2的内部均由氧化锌电阻片串联而成。

氧化锌电阻片具有优异的非线性特性，即，在持续运行电压下呈现高电阻特性，而在操作过电压和雷电过电压下呈现为低电阻特性，迅速释放过电压能量，达到限制过电压幅值的目的。

由此，使无间隙避雷器A在工频过电压下应具有足够的耐受能力，可以保证避雷器可靠运行。由于避雷器A要承受操作过电压的作用，因此，其优选选用的氧化锌电阻片具有较大的通流容量。在本无间隙避雷器A采用氧化锌电阻片的2ms方波通流能力为800A。

在由第一本体1和第二本体2构成的本体的一端(图中下端)设置有支座(连接机构的一例)7，该支座7在本避雷器A的结构中被用作接地端。从而能通过该支座7将避雷器接地端固定在未图示的安装架上。如图1所示，在第二本体2的上端设置有与高压导线4相连接的导线连接件20。

第一本体1的靠近支座7的部分设置有接线端子5，设置在外部的放电计数器6的连接线与该连接端子5相连，从而，能让流经本体的电流同时经过放电计数器6接地。该放电计数器6为带有监测避雷器全电流功能的监测仪型计数器，其被连接在避雷器本体的接地端附近。在持续运行电压下，该放电计数器6可监测避雷器的全电流，以便判断避雷器是否有劣化现象，在过电压下可记录避雷器的动作次数。

在第二本体2和导线连接件20之间还设置有均压环3，均压环3的作用是为了降低杂散电容对电阻片柱电压分布的不良影响，改善电阻片柱的电压分布，降低电阻片的运行荷电率。采用电场计算的方法优化设计和电压分布试验优化均压结构，确保电阻片最大运行荷电率(不大于85％)不大于其加速老化试验荷电率(加速老化试验荷电率不小于95％)。

此外，为了确保避雷器具有可靠的密封性能，采取了如下措施：a)在避雷器本体内部采用了填充硅橡胶的工艺，保证了本体内部无空腔，使得其在环境温度变化的条件下无呼吸作用；b)在计数器接线端子处设置了端子护套，使其端子内外隔离，但在电气上相通，避免端子松动而影响密封性能；c)在硅橡胶外套端口处设置防雨帽，防止硅橡胶端口破损，保证密封可靠。

另外，在第一本体1的接地端与计数器6的端子之间采用的接线端子5，取消了传统的避雷器绝缘底座，使得避雷器机构更简单，体积更小，安装更方便。

由于该避雷器A无间隙，电阻片长期承受工频运行电压的作用，电阻片老化问题尤为重要，则按规程每年至少需要进行一次预防性试验，因此该避雷器应在电站内使用。该避雷器一般直立安装在约2米高的基座上。

另外，本无间隙避雷器A的第一本体1、第二本体2的总结构长度L1为2515mm；均压环3的高度S1为380mm、D1直径为930mm。其他具体参数，参照下面的表1。

图2表示出一种悬挂式无间隙避雷器B。图2中，对于该悬挂式无间隙避雷器B上与上述无间隙避雷器A相同的部分，标注相同的附图标记，并省略这部分说明。

悬挂式无间隙避雷器B的本体部分同样包括第一本体1、第二本体2。与上述无间隙避雷器A的不同之处在于。该悬挂式无间隙避雷器B的第一本体1、第二本体2之间通过连接金具连接在一起，而不是采用螺栓固定在一起。这样能允许第一本体1和第二本体2之间能有一定幅度的相对摆动。此外，本避雷器B本体在上部安装有安装金具(连接机构的另一例)9，并经由该安装金具9将避雷器B安装在安装构架8上；本体下部安装有导线连接件20，并经由该导线连接件20来安装高压导线4。因此，在结构上来看，本避雷器B和上述避雷器A间在结构上上下颠倒。本避雷器B为悬挂型避雷器，换言之，其能以安装金具9为回转中心在一定范围内摆动。此外，放电计数器6的设置方式与位置与上述避雷器A相似，也是经过接线端子5设置在第一本体1的接近安装金具9的部位上，即被设置在接近接地端的位置上。

另外，如图2所示，本悬挂式无间隙避雷器B同样在导线连接件20和第二本体2之间安装有均压环3。从功能上来看，均压环3以及上述的放电计数器6、接线端子5与无间隙避雷器A上的相应部件类似，因此，在这里省略这部分功能的详细说明。

另外，在本悬挂式无间隙避雷器B的第一本体1、第二本体2的总结构长度L2为2600mm；均压环3的高度S2为380mm、直径D2为930mm。其他具体参数，参照下面的表1。

此外，图3中用电路表示了上述无间隙避雷器A、B在具体电路中的安装位置。

有间隙避雷器

由于有间隙的复合外套金属氧化物避雷器上设置有放电间隙，通过间隙隔离的作用，使其内部电阻片最大运行荷电率较低(荷电率不大于30％)，因此具有运行负载轻、耐老化、维护工作量小的优点。避免了每年最少一次的预防性试验，可实现免维护，更适用于站外(如杆塔上等不易检测维护的地方)安装。

有间隙避雷器在最大运行相电压下应具有一定的工频电压耐受能力，即，在最大运行相电压下，该避雷器的间隙不应放电。因此，避雷器本体不会长期承受最大运行相电压的作用，可实现避雷器的免维护。在雷电过电压下，有间隙避雷器应能够可靠放电，限制住雷电过电压幅值，保证其雷电冲击50％放电电压低于开关的雷电冲击耐受电压。线路开关用有间隙避雷器的整体特性计算如下：

a)有间隙的避雷器工频耐受电压应符合式(3)要求：

取U_工耐＝175kV(有效值)

其中：U_m为220kV系统的设备最高电压，取252kV(有效值)；

K₁为工频运行电压下的配合系数，取1.2。

b)有间隙的避雷器负极性雷电冲击50％放电电压应符合式(4)要求：

U₅₀≤U_冲耐/K₂＝850/1.4＝607kVp....................................(4)

取U₅₀≤538kVp

其中：U_冲耐为设备雷电冲击耐受电压，取850kV(峰值)；

K₂为雷电过电压下的配合系数，取1.4。

该有间隙避雷器C在本体结构上与图2所示悬挂式无间隙避雷器相似，二者的制作工艺也类似。不同之处在于，本避雷器C的本体是由一段第三本体15构成的。并且，在第三本体15的一端(图中为下端)设置有用来安装高压导线4的导线安装件11(在功能上相当于上述避雷器A、B上的导线连接件20)，并在第三本体15和该导线安装件11之间设置有放电间隙14。在第三本体15的另一端(图中为上端)设置有与上述避雷器B相似的连接金具(连接机构的一个具体实施例)9，并经由该连接金具9将避雷器C安装在安装构架8上。

第三本体15和放电间隙14之间通过同样连接金具连接在一起，这样可方便安装。

此外，本有间隙避雷器C的放电计数器6也是通过接线端子5连接在本体的近接地端的位置上，以保证运行中所释放的雷电流经过计数器6接地。

放电间隙14包括上、下一对相间设置电极12、13，二者间的距离L5为250mm，相向端的直径均D3为350mm。该放电间隙14的结构长度L4为1118mm。本避雷器C的总结构长度L3为3456mm。在两电极12、13之间设置有绝缘子10，用以支承两电极12、13，并使两电极12、13间的距离保持恒定。

设置该放电间隙14的目的是在持续运行电压下保证避雷器本体15基本不承受运行电压的作用，即本体15的电阻片的运行荷电率很低(不大于30％)，避免了电阻片的运行老化问题。而在操作过电压和雷电过电压下，该放电间隙14被击穿，使得过电压能量可以通过本体15内的电阻片迅速释放掉，限制过电压的幅值。

在工频过电压下，该放电间隙14击穿，工频过电压作用在避雷器本体15上，由于本体15具有足够的工频电压耐受能力，可以保证可靠运行。由于避雷器要承受操作过电压的作用，则选用具有较大的通流容量的氧化锌电阻片，例如2ms方波通流能力为800A。

关于该有间隙的避雷器C的具体参数表示在下面的表1中。

此外，上述有间隙避雷器C的安装位置被表示在图5中。

该间隙与以往的有间隙线路避雷器不同。由于其雷电冲击50％放电电压较低(534kVp)，致使其放电间隙14距离很小(250mm)，制造精度要求较高，而由于其在运行中承受较高的工频电压，则串联的绝缘子10的长度又较长。

基于串联间隙的存在，有效地解决了避雷器电阻片运行老化的问题，因此不需要进行一年一次的预防性试验，可以实现免维护，更适用于站外线路首末端铁塔上安装。

表1所示为无间隙和有间隙避雷器的一些参数：

表1

注：^*为有间隙避雷器的整体参数

下面，表2～图4表示无间隙和有间隙避雷器的特点。

表2

避雷器承受的电压	无间隙避雷器	有间隙避雷器
避雷器承受的电压	无间隙避雷器	有间隙避雷器	在系统正常运行电压下	不应动作	间隙不应动作
在工频暂时电压、操作过电压下	可以动作	间隙可以动作	在系统正常运行电压下	不应动作	间隙不应动作
在工频暂时电压、操作过电压下	可以动作	间隙可以动作	雷电过电压	必须动作	间隙必须动作

表3

表4

Claims

1.一种220kV系统线路开关用复合外套金属氧化物避雷器，其特征在于，其本体(1、2、15)由氧化锌电阻片串联而成。

2.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，所述本体(1)为两段式结构，包括第一本体(1)和第二本体(2)；第一本体(1)和第二本体(2)由连接金具固定或铰接连接，并且，在所述本体(1、2)的一端还设置有导线连接件(20)，并在所述本体(1、2)和所述导线连接件(20)之间安装有均压环(3)。

3.根据权利要求2所述的避雷器，其特征在于，均压环(3)的高度为380mm、直径为930mm，本体(1、2)的总结构长度为2515mm～2600mm，所述氧化锌电阻片的2ms方波通流能力为800A。

4.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，在所述本体(15)的一端还设置有导线连接件(11)，在所述本体(15)和导线连接件(11)之间还设置有放电间隙(14)。

5.根据权利要求4所述的避雷器，其特征在于，所述放电间隙(14)包括间隔设置的上、下电极(12、13)和设置在两电极(12、13)之间的绝缘子。

6.根据权利要求5所述的避雷器，其特征在于，避雷器的总结构长度为3456mm；所述上、下电极(12、13)间的距离为250mm，相向端的直径均为350mm，放电间隙14的总长度为1118mm，所述本体的电阻片的2ms方波通流能力为800A。

7.根据权利要求1～6的任意一项所述的避雷器，其特征在于，在所述本体(1、2、15)的远离所述导线连接件(11、20)的一侧设置有接线端子(5)，放电计数器(6)经该接线端子(5)与本体(1、2、15)相连。

8.根据权利要求1～6的任意一项所述的避雷器，其特征在于，本体(1、2、15)的电阻片和绝缘筒之间填充有硅橡胶。

9.根据权利要求8所述的避雷器，其特征在于，外部硅橡胶外套为整体成型，并且在硅橡胶外套端口处设置防雨帽。