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氧化锌避雷器的技术特点

发布时间:2019-10-6 13:20:34

氧化锌避雷器的运行条件和工作原理与交流避雷器有很大的差别,主要有:交流避雷器可利用电流自然过零点的时机切断续流,而氧化锌避雷器没有电流过零点可利用,因此灭弧较为困难;直流输电系统中电容元件(如长电缆段、滤波电容器、冲击波吸收电容器等)远比交流系统多,而且在正常运行时均处于全充电状态,一旦有某一只避雷器动作,他们将通过这一只避雷器进行放电,所以换氧化锌避雷器的通流容量要比常规交流避雷器大得多;正常运行时氧化锌避雷器的发热较严重;某些氧化锌避雷器的两端均不接地;氧化锌避雷器外绝缘要求高。直流输电系统中的内部过电压产生的原因、发展的机理、幅值、波形是多种多样的,要比交流系统的情况复杂许多 。由于施加在各种避雷器的电压波形不同,避雷器的负载随其所处的位置而有所变化。总之,氧化锌避雷器的运行条件要比交流避雷器严酷得多,因而对氧化锌避雷器提出的技术要求很高。氧化锌避雷器的结构、工作条件、作用原理、保护特性等均与交流避雷器不同。氧化锌避雷器的运行电压不同于交流避雷器,直流侧有直流谐波,换相过冲等,而且各点都不同。有持续运行电压峰值(PCOV)、持续运行电压峰值(CCOV)和等效持续运行电压(ECOV)之分,根据不同的氧化锌避雷器有不同的考虑。同时由于各种避雷器所处位置不同,应考虑各次谐波叠加*大时的*严酷工况。氧化锌避雷器的另一个关键参数是配合电流— —与*大残压相对应的电流,以波头时间进行区分。陡波冲击电流:波头为l-t-O.1 s,波尾≤20 p.S;雷电流冲击:(8/20 tzs)(范围7~9/18~2O tzs);操作冲击电流:波头≤30 tzs,波尾6O~100 tzs;缓波前操作电流:l ms/2 ms。对于特高压氧化锌避雷器,操作波冲击配合电流通常选取l~3 kA,雷电波冲击配合电流通常选取5~30 kA。特高压氧化锌避雷器能量吸收能力高,必须采用直流电阻片内并联、外并联及内外并联多柱结构才能满足要求,为此必须研究均流技术,尽可能使冲击电流在各个氧化锌电阻片柱均匀分布。对于串联连接的氧化锌避雷器,要考虑它们之间电压分配的不均匀性。当计算串联连接的避雷器的*大保护水平时,应采用氧化锌避雷器*大偏差特性,而确定特定位置的避雷器的*大能量要求时,该避雷器应采用*小的偏差特性 。避雷器在工作中需要承受电压和电流,必然引起损耗。特别是在高压直流换流站,系统中的故障应力、操作应力都将引起氧化锌避雷器很大的功耗。直流电阻片在不同波形电压下的功率损耗特性不同,当荷电率较低(<0.85)时,功耗较小,但随着荷电率的提高,极母线避雷器由于处于纯直流耐受状态,其功耗迅速增大,而桥侧氧化锌避雷器和避雷器处于带高次谐波的电压下,当荷电率超过1.0时才依次快速增大。直流电压下,电阻片的加速老化试验条件*为苛刻,而桥侧和阀侧电压影响就小的多,也就是说随着直流成分的增加,电阻片的老化寿命会缩短。通常在加速老化试验初期,电阻片功耗逐步上升,2个小时后,功耗逐步降低,并趋于稳定。由此可知,不同的避雷器可以选取不同的荷电率:如±800 kV直流换流站所需增加的换氧化锌避雷器型号的荷电率可以较高(95%以上),而极母线避雷器由于承受很高的纯直流电压,所以荷电率的选取应稍低一些,其他氧化锌避雷器可根据承受的纯直流的成分多少适当增减。特高压氧化锌避雷器的设计与±5O0 kV避雷器总体上是一致的,但在某些方面具有特殊性需要加以考虑 :
(1) 氧化锌避雷器由于位置的不同可分为顶端避雷器(V1)、V2和V3 3种,V1在对应阀闭锁期间,若高压换流器Y,Y变压器阀侧对地闪络,直流滤波器和直流线路通过平波电抗器向Vl放电,这时对该避雷器能量冲击就会显著大于其他避雷器。在特高压直流输电工程中,采用2个换流器串联导致故障时能量冲击进一步增大。此时如果对应的阀触发导通,避雷器中通过的电流将会流入换流阀中,因此换流阀设计时应考虑这种工况。
(2)与高压直流换流站不同,直流输电工程为了限制换流站高压端的换流变压器阀侧套管、引线和绕组的过电压水平,在该变压器阀侧出口增加配置一组直接对地的氧化锌避雷器,该避雷器直接安装在高压端的Y,Y变压器阀侧三相出线上,从而抑制交流过电压通过换流变传递到*高电位换流变阀侧的过电压,同时降低换流器避雷器的保护水平。
(3)直流输电工程中,在双极共用的中性母线上增加了一组中性母线避雷器,这也是特高压直流输电工程特别需要的。由于线路长l 438 km,当出现直流极线接地、换流变阀侧套管对地短路、交流侧不对称接地等故障时,操作过电压能量大幅增大,就要求避雷器具有很高的能量吸收能力。可通过运用多个氧化锌避雷器并联解决这一问题。
(4)特高压直流输电工程中增加干式平波电抗器可以减少换流站多个位置的对地谐波电压等作用,平波电抗器端对端雷电过电压在直流侧雷电进波与直流运行电压极性相反时达到*高的水平,平抗线圈的纵绝缘水平有可能进一步提高,因此在平波电抗器的绕组两端安装一台额外的避雷器有助于限制对平波电抗器的雷电冲击应力,从而极大地改善端对端绝缘要求。由于平波电抗器的正常运行电压低,故可合理选择氧化锌避雷器额定值使得操作过电压产生的能量很小,该避雷器主要作为一只防雷避雷器在设计时采用合成外套,以便减轻重量,易于布置。
(5)避雷器安装在直流线路上,其持续运行电压为824 kV,考虑采用硅橡胶材料代替瓷材料既可以降低避雷器重量、减小体积又可以提高耐污能力等,但还需要进行直流下离子迁移,耐漏电起痕等相关试验。由于该避雷器承受平滑的纯直流电压和电流,是电阻片所经受的*苛刻的运行条件,所以要考虑长期荷电老化特性。

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