kv系统用无间隙金属氧化物避雷器的研究与开发

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1、750kV系统用无间隙金属氧化物避雷器的研究与开发何计谋，朱斌，张宏涛，祝嘉喜，金强，杜少斌（西安电瓷研究所，陕西省西安市710077） 摘要：介绍了750kV系统用无间隙金属氧化物避雷器的结构和主要性能指标。其中，对避雷器的电位分布采用有限元法进行了计算，对其加装并联电容前后的电位分布也进行了分析比较；对避雷器的抗震性能采用有限元法进行计算和分析；并按IEC60099-4标准规定对避雷器的污秽性能进行了试验验证。分析计算和试验表明：该避雷器的最大电位分布不均匀系数为109，能满足长期运行的要求；可用于地震烈度为8度的地

2、区和Ⅲ级污秽地区使用，还可适用于海拔2000m地区。关键词：电力系统；750kV；避雷器；电位分布；抗震性能；污秽性能 　　0 引言   　　750kV系统用无间隙金属氧化物避雷器是为配合750kV输变电示范工程建设，为系统提供过电压保护而进行研制开发的。该产品是使750kV交流系统中电气设备免受雷电及操作过电压损坏的重要保护电器［1，2］。　　750kV系统用避雷器在我国为首次开发。通过对750kV系统用无间隙金属氧化物避雷器的保护特性、电位分布、机械性能及耐污性能等关键技术的研究，完成了避雷器的研制，并通过了型式试验，

3、其性能达到了750kV工程技术规范的要求［3］。本文着重介绍了750kV避雷器的保护特性、电场分布和抗震性能的计算分析及避雷器的污秽性能试验。1 避雷器结构及主要性能指标　　750kV避雷器由4个避雷器元件串联组成。在其高压端加装均压环。避雷器外形结构见图1。避雷器采用均压环和并联均匀电容来补偿由于避雷器高度、表面污秽引起的电位分布的不均匀性。避雷器外套采用大小伞防污结构，因而具有良好的防污性能。避雷器元件的上下两端都设计有压力释放装置，并装设有隔弧筒，以便有效地防止因电弧的热冲击而引起的瓷套爆炸事故。避雷器的主要技术性能

4、指标见表1。表1 避雷器的主要技术性能指标项目名称Y20W-600/1380GW系统标称电压（有效值）/kV750系统最高运行电压（有效值）/kV800续表项目名称Y20W-600/1380GW 避雷器额定电压（有效值）/kV600 持续运行电压（有效值）/kV462 标称放电电流/kA20 直流1mA下参考电压(U1mA)/kV≥810 ≥600 陡波冲击电流20kA下的残压（峰值）/kV≤1518 雷电冲击电流20kA下的残压（峰值）/kV≤1380 操作冲击电流2kA下的残压（峰值）/kV≤1142 075U1mA

5、下泄漏电流/μA≤50 4/10大电流冲击耐受电流（2次）/kA100 2ms方波耐受电流（18次）/A2500 线路放电等级5图1 避雷器外形结构2 750kV避雷器的关键技术   21 保护特性　　避雷器的保护水平是电力系统过电压保护和绝缘配合中的一项基本参数。避雷器的保护水平是由其残压决定的。避雷器残压分为陡波冲击电流下的残压、雷电冲击电流下的残压和操作冲击电流下的残压3种。750kV与500kV避雷器保护特性和通流容量的比较列于表2。表2 750kV与500kV避雷器保护特性和通流容量的比较项 目750kV避雷器

6、500kV避雷器陡波冲击保护水平/pu228260雷电冲击保护水平/pu211233操作冲击保护水平/pu1751912ms方波冲击耐受电流/A2500  1800  　　从表2可以看出，750kV避雷器要求的残压比500kV避雷器的低，吸收能量大。根据750kV避雷器的性能要求，研制开发出了D13电阻片，其通流截面积比500kV避雷器用的电阻片增大了23%，20kA下雷电冲击压比（避雷器雷电冲击电流20kA下的残压与直流1mA下的参考电压之比U20kA/U1mA）下降了10%，通流容量提高了39%。D13电阻

7、片的这些性能可满足750kV避雷器的要求，其主要技术参数列于表3。表3 D13电阻片的主要技术参数   项 目技术参数电阻片压比K（U20kA/U1mA）＜168电阻片2ms方波通流能力/A2500电阻片的荷电率/%90电阻片4/10大电流冲击耐受/kA100电阻片电位梯度/kV·cm-12122 电位分布　　由于避雷器受到对地杂散电容的影响，使得避雷器不同位置处的氧化锌电阻片的电压偏差不相等，这将导致避雷器部分电阻片的荷电率增加，从而影响避雷器的使用寿命。由于750kV避雷器外形较高（约8.5m），如不采取措施，其

8、电位分布的不均匀性会比较严重。按IEC60099-4的规定［4］，在未采取有效措施改善电位分布的情况下，产品每增高1m，电位分布不均匀系数会增加15％。这就意味着如果避雷器不采取有效措施，最危险点的电位分布不均匀系数计算值达128％，局部电阻片的荷电率也将增加，从而使此处的电阻片会加速劣化，影响了整体避