二、避雷装置和避雷器 （一）雷闪放电与过电压 雷闪过电压。发生雷闪时，除了会产生直击雷过电压之外，还会在输电线路中出现感应过电压，这两种过电压均会对输电线路和电力设备造成危害。 （二）避雷装置 避雷装置是一种接地良好的导电装置，可用来保护物体免遭雷击，它主要由引雷装置、接地装置和连接它们的引下线组成。按照引雷装置的形式，避雷装置可分为避雷针、避雷线和避雷带。 （三）避雷器 避雷器实质上是一种放电器，可优先于被保护电器放电动作，限制由线路传来的雷电冲击电压和操作过电压，完成保护后迅速恢复原来对地绝缘的状态，准备下次保护动作，同时使系统回到正常状态工作状态。 1、避雷器的分类 通常将避雷器分为保护间隙、管式避雷器、阀式避雷器三种，参见下表。 第五章 避雷器的在线 避雷器的预防性试验 5.1.1 绝缘电阻测量 5.1.2 工频放电电压测量 5.1.3 电导电流测量 5.2避雷器的在线 无并联电阻避雷器在线 有并联电阻避雷器的在线监测 * 雷云放电过程 避雷器的用途和分类 2、避雷器的电气性能指标及特性 (1)标称电压:避雷器的最大允许工频电压。 (2)工频放电电压:避雷器间隙放电时的工频电压有效值。 (3)冲击放电电压:给定波形和极性的冲击电压施加到避雷器上，放电前所对应的电压峰值。 (4)放电电流:避雷器保护动作时通过它的冲击电流及工频续流统称为放电电流。 (5)残压:放电电流通过避雷器时，避雷器端子间的电压叫做残压。 (6)最大可承受能量:即阀式避雷器的阀片耐受放电电流的能力，以规定的波形和通流次数下的电流幅值来表示。 (7)伏秒特性:指避雷器的绝缘介质在不同幅值冲击电压作用下，冲击电压值与放电时间之间的关系曲线，它是综合衡量避雷器保护效果的重要依据。 3、阀式避雷器 根据阀片材料的不同，阀式避雷器可分为碳化硅阀式避雷器和金属氧化物阀式避雷器两种。 （1）碳化硅避雷器 将多个串联的保护间隙和串联的阀片相串联，压紧密封在避雷器瓷套内，阀片的材料采取使用金刚砂为主要成分。 普通型碳化硅避雷器结构简图 金刚砂颗粒非线)金属氧化物避雷器(MOA) 金属氧化物避雷器由压紧密封在避雷器瓷套内的若干片ZnO阀片构成。氧化锌阀片外加氧化铋及其它金属氧化物粉碎烧结成园饼状或环状，上下端面喷有金属电极，侧面涂有绝缘釉以防沿面闪络。这种阀片有很优异的非线性特性，在高压下电阻很小，泄放雷电流的同时能保持低残压,伏安特性曲线见下图： ZnO阀片伏–安特性曲线、避雷器的选择、使用和维护注意问题 （1） 避雷器连续雷电冲击保护能力。碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力；氧化锌避雷器有连续雷电冲击保护能力。 （2）避雷器常规使用的寿命。避雷器常规使用的寿命与许多因素相关，除了制造工艺、机械故障、密封失效受潮等因素外，避雷器阀片的老化速度是影响寿命的重要的条件。碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器寿命有效常规使用的寿命通常在7-10年；串联间隙氧化锌避雷器寿命一般可以达到20年以上。 （3）避雷器通常应垂直安装，且周围留有足够的空间；顶部引线水平压力不允许超出允许值；对于由多节元件组装的避雷器，应严格按照出厂标号组装。 （4）避雷器运行过程中应经常监视和维护，有条件的电站型阀式避雷器应安装动作次数记录装置。碳化硅避雷器和金属氧化物避雷器应按有关标准定期测试性能，发现隐患应及时退出运行。 现在常用的避雷器的类型有阀型避雷器及金属氧化物避雷器（常称氧化锌避雷器）。 阀型及氧化锌避雷器用于发电厂、变电站的保护，在220kV及以下系统主要限制雷电过电压，在330kV及以上系统还用来限制操作过电压或作为操作过电压的后备保护。 阀片的非线性特征使得在幅值高的过电压下电流很大，而电阻很小；在幅值低的工作电压下电流很小，电阻很大。阀片的非线所示，亦可用下式表示： 图5-1 避雷器阀片的静态伏安特性 其中，C为常数，与阀片的材料和尺寸有关；α为非线性系数，与阀片材料有关，碳化硅阀片一般 。 阀型避雷器的工作原理为，电力系统正常工作时，避雷器串联间隙承担了全部电压，阀片中无电流流过。当系统中出现过电压且幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流经阀片入地，而阀片本身的压降（称残压）由于电阻的非线性特性则维持在一些范围内，从而使电力设备上的过电压幅值得到限制，电力设备得到保护。当冲击过电压消失后，间隙中的工频续流仍将流过阀片，由于此时避雷器所承受的电压仅为工作电压，故受电阻非线性特性的影响，此电流远比冲击电流小，从而使间隙能够在工频电流第一次过零时将电弧切断。这样避雷器从间隙击穿到工频续流的切断不超过半个工频周期，继电保护来不及动作系统就已回到正常状态。 新型的氧化锌避雷器出现于20世纪70年代，现在已在整个世界得到普遍应用，其性能比碳化硅避雷器更好，其阀片是由氧化锌为主要的组成原材料，并添加其他微量的氧化钴、氧化锰、氧化锑等金属氧化物烧结而成，所以也称为金属氧化物避雷器（MOA）。图5-2为氧化锌阀片的伏安特性，它在 的宽广电流范围内呈现出优良的平坦的伏安特性。氧化锌阀片的伏安特性可分为低电场区I、中电场区II以及高电场区III3个区。 图5-2 氧化锌阀片的伏安特性 氧化锌避雷器与碳化硅避雷器相比主要优点是：无间隙，无续流，最大可承受能量大。前两条优点主要来自于氧化锌阀片优良的非线性特点，工作电压下流过阀片的电流极小，为微安级，故不需要间隙来隔离，也不存在工频续流，在雷击或操作过电压作用下，只需吸收过电压能量，而不需吸收续流能量。无串联间隙的特点还使氧化锌避雷器省去了间隙的放电时延，具有优越的陡波响应特性。氧化锌电阻片单位面积的通流能力为碳化硅电阻片的4～5倍。最大可承受能量大的优点使得氧化锌避雷器可完全用来限制操作过电压，也可以耐受一定维持的时间的暂时过电压。 表5-1 避雷器预防性试验项目 〇 ╳ 工频参考电流下的工频参考电压试验 ☆/△ ╳ 运行电压下的交流泄漏电流试验 ☆/△ ╳ 直流1mA电压U1mA及0.75U1mA下的泄漏电流试验 ╳ △/〇 密封检查 ☆/〇 ☆/△/〇 记数器的动作检查 ☆/〇 ☆/△/〇 底座绝缘电阻试验 ╳ ☆/△/〇 工频放电电压试验 ╳ ☆/△/〇 电导电流及串联组合元件的非线性因数差值试验 ☆ ☆/△/〇 绝缘电阻试验 金属氧化物避雷器 阀式避雷器 试验内容 注 “☆”表示正常试验项目，“╳”表示不进行该项试验，“△”表示大修后进行，“〇”表示必要时进行。 对35kV及以下的氧化锌避雷器，用2500V兆欧表测量，测得的绝缘电阻值不应低于1000MΩ；对35kV以上的氧化锌避雷器，用5000V兆欧表做测量，测得的绝缘电阻值不应低于2500 MΩ。对500kV氧化锌避雷器还应用2500V兆欧表测量其底座绝缘电阻，以检查瓷瓶套座是否进水受潮，测得的绝缘电阻值不应低于1000MΩ。 对阀型避雷器测量工频放电电压是一个重要试验项目，其最大的目的是检查火化间隙的结构及特性是不是正常，检查它在过电压下是否有动作的可能性。测量工频放电电压的接线 测量FS型避雷器工频放电电压接线图 直流电压加于带并联电阻避雷器两端所测得的电流称为电导电流。测量电导电流是带并联电阻避雷器的一个十分重要的项目，测量的目的是检查避雷器的并联电阻是否受潮、老化、断裂、接触不良以及非线性系数α是否相配。测得的电导电流若明显降低，则表示并联电阻断裂或接触不良，或表示并联电阻受潮或瓷腔内进潮；若逐年降低，则表示并联电阻劣化。 图5-4 电导电流测量试验回路 T1－调压器；T2－试验变压器；S－测量球隙；F－避雷器；C－稳压电容；R1－保护电阻 R2－高值电阻；PV－静电电压表；PA1、PA2、PA3－微安表 5.1.4 氧化锌避雷器直流试验 测量氧化锌避雷器在直流1mA下临界动作电压，是氧化锌避雷器预防性试验的必检项目，每年在雷雨季节到来之前一定要进行该项试验，通过试验能检查其阀片是否受潮，确定其动作性能是不是满足要求。 进行直流1mA测量，必须要格外注意： 1)因泄漏电流大于200μA以后，随电压的升高，电流急剧增大，故应仔细地升压，当电流达到1mA时，准确地读取相应的电压U1mA。 2)测量前应仔细地将避雷器外绝缘套管表面擦拭干净，以防止表面泄漏电流的影响。 3)测试后应对U1mA进行温度系数校正，温度系数 ，一般 约为0.05％～0.17％。现场试验时可以粗略按温度每增高10℃，U1mA约降低1％进行折算。 在测量完U1mA后，接着进行0.75U1mA直流电压下泄漏电流的测量。由于该直流电压比最大工作相电压（峰值）要高一些，测量此电压下的泄漏电流能检查长期允许工作电流是不是满足规定。这一泄漏电流与氧化锌避雷器的寿命有直接关系（一般在同一温度下此泄漏电流与寿命成反比）。《规程》规定，0.75U1mA下的泄漏电流应不大于50μA。 大范围的使用在配电线路的无并联电阻FS型避雷器，由于安装数量多且地点分散，每年进行预防性试验十分麻烦。对其进行简单的在线检测是最有效的方法，目前主要进行绝缘电阻在线监测和泄漏电流在线监测。 A 绝缘电阻在线监测 在线监测无并联电阻FS型避雷器绝缘电阻可用兆欧表带电监测，其接线所示。 测试前断开避雷器下端的接地连线（或在安装时就考虑能方便地进行在线检测），而兆欧表的接地端子E应先可靠接地。当兆欧表动作而指针指向“∞”时，用操作杆将此兆欧表的线路端子L接到避雷器原接地端，直到指针稳定后才读取避雷器的绝缘电阻值。 图5-5 避雷器绝缘电阻在线监测原理图 B 绝缘电阻在线监测 对无并联电阻的FS型避雷器，在交流运行电压下接入全波桥式整流电路，构成在线监测泄漏电流基本接线所示。由于FS型避雷器是由SiC阀片串以多组平板型间隙组成，间隙间的电容极小，电容电流往往不超过2A，当避雷器瓷套内部受潮时，测得的微安值将明显增大。 图5-6 FS型避雷器泄漏电流在线监测 C 工频放电电压的在线 FS型避雷器工频放电电压的在线 即 A 电导电流在线监测 因各厂所用的均压电阻阻值不同，在测量时要注意将同一试品的历次测值作纵向对比，并将同一类试品三相的电导电流作横向对比，如三相电导电流的最大和最小者分别为Imax和Imin，则其不平衡系数为 当三相电导电流不平衡系数vi25％时，该避雷器宜退出运行，送回实验室作进一步的试验。 B 交流分布电压的在线监测 当避雷器中非线性并联电阻变质、老化、断裂、受潮时，其阻值发生明显的变化，从而使每个元件上分布电压发生明显的变化。因此，测量最下一节避雷器在运行电压下的分布电压，能够分析判断避雷器是不是真的存在缺陷。即测量图5-8中的D点对地电压，这时需要分别测量三相的最下节分布电压。 测得三相分布电压后，可计算电压的不平衡系数vu，若Umax为三相中最大分布电压、Umin为三相中最小分布电压，则 当vu15%时，认为合格；当vu15%时，建议避雷器停止运行，并进行进一步试验，以鉴定其是不是能够继续运行 图5-8 FZ型避雷器电导电流的在线 氧化锌避雷器在线监测 A 全电流在线监测 目前国内许多运行单位使用MF-20型万用表（或数字式万用表）并接在动作记数器上测量全电流，其测量原理与有并联电阻避雷器电导电流测量原理基本相同，这是一种简便可行的方法。俄罗斯等国普遍的使用的全电流监测仪原理如图5-9所示。 图5-9 全电流在线监测原理图 *

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