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　　3～500kV交換電力

　　體系金屬氧化物避雷器使用導則

　　SD 177-86

　　中華公民共和國水利電力部

　　關于頒發《3～500kV交換電力體系

　　金屬氧化物避雷器技能條件》和《3～500kV交換電力

　　體系金屬氧化物避雷器使用導則》的通知

　　(86)水電技字第55號

　　現頒發《3～500kV交換電力體系金屬氧化物避雷器技能條件》(SD176- 86)和《3～500kV交換電力體系金屬氧化物避雷器使用導則》(SD177-86)，自 1986年12月1日起施行。

　　該《技能條件》和《使用導則》，系參照國際電工委員會(IEC)有關尺度文件 并按我國目前金屬氧化物避雷器制作和電網情形所制定，是選用和鑒定國產避雷 器的技能根據，也是選用進口避雷器的參照文件。

　　施行中的問題和看法，請告北京清河電力科學鉆研院高壓所水利電力部避雷 器尺度化技能委員會秘書處。

　　1985年8月25日

　　1 引言

　　金屬氧化物避雷器是用以維護電氣裝備免受各種過電壓迫害的維護裝備。與 過去通例使用的普通和磁吹閥式避雷器(電阻片的重要原料為碳化硅)相比，由于以 金屬氧化物為重要原料的電阻片具有優秀的非線性伏安特征，可以不須要串聯間 隙。因此，維護特征僅有沖擊電流通過時的殘壓，沒有因間隙擊穿特征變革所造 成的繁雜影響。這種電阻片因沖擊電流波頭光陰減小而導致殘壓增添的特征，也 比碳化硅閥片安穩，陡波響應特征很好。金屬氧化物避雷器沒有工頻續流，因而 也沒有滅弧問題。它的電阻片單位體積接收能量大，還可以并聯使用，使能量吸 收才能成倍進步，在維護超高壓長距離輸電體系和大容量的電容器組時特殊有 利。

　　另一方面，由于金屬氧化物避雷器沒有串聯間隙，電阻片不僅要蒙受雷電過 電壓和操作過電壓，還要耐受正常的繼續相電壓和暫時過電壓，因而存在著在這 些電壓作用下的老化、壽命和熱穩固問題。此外，在某些情形下，如避雷器和鄰 近物體間的雜散電容，以及污穢等因素引起電壓沿避雷器散布不均勻時，將造成 避雷器的局部過熱。因此，在使用中斟酌的問題與通例的以碳化硅為重要原料的 避雷器有所不同，須要加以注意。

　　本使用導則是配合部尺度SD176-86《3～500kV交換電力體系金屬氧化 物避雷器技能條件》(以下簡稱《技能條件》)而制訂的，針對金屬氧化物避雷器的 特性，論述使用中應斟酌的問題。應當指出，目前這類避雷器重要用于110kV及 以上中性點有效接地體系。對于6～63kV中性點非有效接地體系，由于運行條 件、性能、價錢等問題，一般只用于有特別維護請求的場所。因此，本導則重要 針對110kV及以上中性點有效接地體系的使用問題，而對3～63kV中性點非有 效接地體系中的使用問題，重要在導則第4章中論述。

　　2 選用避雷器的一般程序

　　本導則斟酌的是安裝在導線與接地部分之間的相對地避雷器，其選用的一般 程序如下：

　　2.1 依據體系最高工作電壓判斷避雷器的繼續運行電壓。

　　2.2 估算避雷器安點綴的暫時過電壓幅值和繼續光陰。

　　2.3 估算通過避雷器的雷電過電壓放電電流的最大幅值。

　　2.4 估算通過避雷器的操作過電壓放電電流和能量。

　　2.5 選擇避雷器的額定電壓、標稱放電電流等級。

　　2.6 判斷所選擇避雷器的維護程度。

　　2.7 依據避雷器與被維護物的距離和其他影響因素，盤算用避雷器維護時在被保 護裝備上呈現的過電壓值。

　　2.8 校核被維護裝備的雷電過電壓、操作過電壓耐受強度是否高于被維護裝備上 呈現的過電壓值。必需斟酌裝備外絕緣的空氣絕緣強度與海拔高度的關系，以及 內絕緣強度隨運行光陰而下降的因素。

　　3 避雷器重要參數的選定

　　3.1 繼續運行電壓

　　由于金屬氧化物避雷器沒有串聯間隙，正常工頻相電壓要長期作用在金屬氧 化物電阻片上。為了保證必定的使用壽命。長期作用在避雷器上的運行電壓不得 超過避雷器的繼續運行電壓，選擇避雷器時必需注意這個參數。

　　在實際利用中，加在避雷器兩端的最大電壓為體系最高工作電壓Um的 1/，所以，選擇金屬氧化物避雷器時必需使它的繼續運行電壓大于或等于Um /。電力體系的額定電壓、最高工作電壓和最高工作相電壓見表1。

　　3.2 暫時過電壓

　　暫時過電壓是由于長線電容效應、突然甩負荷、單相接地以及其他故障引起 的體系電壓的暫時升高，其繼續光陰約為零點幾秒或幾秒，并有振蕩的暫態過 程。這種過電壓作用于避雷器時使電流和能量損耗增大，溫度升高。當金屬氧化 物電阻片發生的熱量與瓷套散發的熱量之間失去平衡時，將導致熱瓦解。因此， 避雷器必需具備耐受這種暫時過電壓的才能，這是選擇避雷器額定電壓的一個主 要因素。

　　單相接地時會引起健全相電壓的升高。對于一般中性點有效接地體系中的變 電所，若零序電抗與正序電抗之比(X0/X1)在0與+3之間，而零序電阻與正序電抗 之比(R0/X1)在0與+1之間，則避雷器安點綴的接地故障系數不超過1.4。因此， 對110kV、220kV中性點有效接地體系，為了簡化選擇程序，其暫時過電壓一般 采納1.4倍體系最高工作相電壓。對330kV及500kV體系，雖然接地故障系數一 般較低，但同時斟酌突然甩負荷及長線電容效應等因素，500kV體系中變電所線 路斷路器母線和線路側的暫時過電壓一般辨別不超過1.3和1.4倍最大相電壓。

　　對無間隙的金屬氧化物避雷器，不僅要斟酌安點綴暫時過電壓的幅值，而且 要斟酌暫時過電壓的繼續光陰，并聯合避雷器的初始能量來選擇其額定電壓。因 為暫時過電壓也可能是由雷擊或操作過電壓引起體系故障而發生。因此，避雷器 在蒙受暫時過電壓前會接收必定的操作過電壓或雷電過電壓能量，重要是操作過 電壓能量。這部分初始能量會引起金屬氧化物電阻片溫度升高，因而影響避雷器 暫時過電壓耐受才能。

　　避雷器耐受暫時過電壓的容許光陰是加在避雷器上暫時過電壓值和初始過電 壓能量的函數。對于具體的初始能量，《技能條件》6.5.5款中規定為動作負載試 驗所發生的能量，緊接著加上預定的暫時過電壓幅值，作出工頻耐受伏秒特征曲 線。國外有的廠家供應的工頻耐受伏秒特征曲線。其迭加的初始操作過電壓能量 與兩次長繼續光陰放電所發生的能量大體雷同。

　　制作廠應供應避雷器的工頻耐受伏秒特征曲線，供用戶在選用避雷器時使 用。

　　表3和《技能條件》表1列出了可供選擇的金屬氧化物避雷器額定電壓，按 上述請求在保證避雷器應有壽命的條件下，選擇較低一級額定電壓將取得更大的 維護裕度。但如與避雷器的工頻耐受伏秒特征曲線(《技能條件》6.5.5款)，即避 雷器耐受暫時過電壓的才能相對比，超過了避雷器的耐受才能，則需選擇額定電 壓較高一級的避雷器。

　　3.3 雷電過電壓放電電流幅值

　　通過避雷器的雷電過電壓放電電流幅值，重要抉擇于銜接到變電所的輸電線 路、變電所對直擊雷的防護和體系電壓等級以及輸電線路的絕緣程度等。我國 110kV及以上等級的線路均全線架設避雷線，維護角也對比小。一般覺得，通過 避雷器的雷電流幅值，110kV及220kV體系不大于5kA；330kV體系不大于 10kA；500kV體系，在變電所裝有兩組及以上同等的避雷器時，每組避雷器一般 不大于10kA，只有一組避雷器時不大于20kA。避雷器標稱放電電流等級(《技能 條件》3.4條)即按此判斷。

　　通過避雷器的雷電流波形，按國度尺度GB311.6～10-83規定，采納8/20 μs的尺度沖擊電流波。

　　為了考驗整體構造和電阻片在更大的雷電流下的穩固性，《技能條件》6.5.3 款還規定進行大沖擊電流動作負載實驗，使用的沖擊電流波形為4/10μs，幅值 為65kA、40kA及20kA。

　　3.4 操作過電壓放電電流能量

　　電力體系中操作過電壓的發生與運行方法的變換特征有關，情形對比繁雜， 一般可以分為如下幾種情形：

　　a.線路合閘和重合閘；

　　b.空載變壓器和并聯電抗器分閘；

　　c.線路非對稱故障分閘和振蕩解列；

　　d.空載線路分閘和切合電容器組；

　　e.中性點非直接接地體系的弧光接地過電壓。

　　鉆研電力體系中的操作過電壓以及通過避雷器的放電電流波形、幅值及能 量，可采納暫態網絡剖析儀(TNA)，也可以采納數字盤算程序(EMTP)盤算。

　　基于對體系電路和操作過電壓性質的某些簡化假定，國際電工委員會(以下簡 稱IEC)《尺度》(草案)中采納散布參數的鏈型沖擊產生器模仿輸電線路，轉變沖 擊產生器各鏈的參數可以模仿不同的線路長度和波阻抗，并依據不同的電壓等級 按比例模仿不同的過電壓倍數，然后向被試避雷器比例單元放電，形成近似操作 過電壓電流的長繼續光陰沖擊電流。《技能條件》第6.4條參照IEC的規定，對 220kV及以上的金屬氧化物避雷器，均請求進行長繼續光陰沖擊電流耐受實驗。 對220kV、330kV及500kV體系的操作過電壓倍數，辨別定為3.0、2.6及2.4 倍。這些倍數對現代的斷路器來說是偏高的，如500kV的2.4倍，高于目前國內 線路設計中采納的統計過電壓倍數2.0倍，但為考驗電阻片的通流才能，還是采 用IEC規定的數字(這只是避雷器實驗用的數字，并不標記更改輸電線路設計用的 過電壓倍數)。與IEC草案中61.4.2款相比，《技能條件》中增添了表6，進一步 說明表5中實驗所對應的體系參數。斟酌到我們可能有部分500kV線路較長，所 以IEC《尺度》(草案)表3中等級5原先是用在750kV電壓等級的，《技能條 件》采納了它的峰值視在繼續光陰(對應于線路長度)，而線路波阻抗與過電壓倍數 則仍用500kV電壓等級的數值，作為新的一級，實用于500kV線路長度超過 420km的情形。相應的數值列在表2中。

　　對于110kV體系用的金屬氧化物避雷器，不必進行按輸電線路特征請求的長 繼續光陰沖擊電流的實驗，可進行幅值為400A的2000μs矩形波沖擊電流的試 驗。

　　《技能條件》表4中還列出3～63kV等級避雷器操作過電壓實驗電流為 1000A、500A、250A三種，這重要斟酌維護電容器時，不同容量電容器組的請求。

　　金屬氧化物避雷器與普通碳化硅避雷器的型式實驗不同，它除要單獨進行長 繼續光陰沖擊電流或矩形波沖擊電流的實驗外，還應做動作負載實驗。在動作負 載實驗中，最后在持續兩次長繼續光陰放電以后(100ms內)，施加額定電壓和繼續 運行電壓，對被試避雷器比例單元進行考驗。可以覺得，避雷器在一次操作過電 壓中接收的能量相當于兩次長繼續光陰放電的能量之和。

　　注：表中標么值的基數是體系最高相電壓的峰值。

　　國外有的廠家為了使各種不同額定電壓的避雷器的能量接收才能統一化，以 kJ/kV(避雷器額定電壓)為單位表現。這個數字是按兩次長繼續光陰放電的能量算 出的。在使用TNA或盤算機算出具體安點綴的避雷器在一次操作過電壓下須要吸 收的能量時，可以與廠家供應的能量接收才能進行校核。

　　有的廠家對避雷器接收操作過電壓的才能以電阻片通過必定幅值的2ms方波 電流表現，容許通過的次數為20次。這種表現方式與IEC規定的動作負載實驗的 考驗不同。動作負載實驗是在避雷器接收操作過電壓的能量后，立即施加額定電 壓和繼續運行電壓，檢驗它是否維持熱穩固，這是對避雷器接收操作過電壓能量 的整體考驗。方波實驗只表現電阻片可以通過必定次數的方波電流，性能不產生 顯著變革。而對避雷器在一次操作過電壓中的能量接收才能，以及接收該能量后 能否連續在必定光陰的額定電壓和隨后的繼續運行電壓作用下維持熱穩固，卻得 不到明白的答案。

　　3.5 額定電壓

　　避雷器的額定電壓，應按3.2條的請求選定，并且要保證避雷器的繼續運行 電壓大于或等于所在體系的最高工作相電壓。

　　在必定的體系額定電壓與裝備絕緣程度下，避雷器的額定電壓越低，維護水 平也越低，維護裕度則越大。因此，只要滿足上述條件，就應盡量采納較低額定 電壓的避雷器。在判斷暫時過電壓的幅值時，不應按極端的條件盤算，應斟酌利 用避雷器工頻耐受伏秒特征的可能，以免選取的避雷器額定電壓過高，從而進步 對裝備絕緣程度的請求或減少維護裕度，造成技能經濟上的不合理情形。

　　3.6 維護特征

　　金屬氧化物避雷器的維護特征，完整由它的殘壓判斷。同碳化硅避雷器一 樣，一般殘壓與避雷器的額定電壓成比例。對于某一額定電壓的金屬氧化物避雷 器，其殘壓是通過避雷器電流的函數。在雷電沖擊電流范疇內，還與沖擊電流波 頭光陰有關。

　　金屬氧化物避雷器的特征表內，至少應列有8/20μs標稱放電電流下的殘壓 值。一般還應供應波頭光陰為1μs，幅值等于標稱放電電流的陡波沖擊電流殘 壓值，為近區雷擊盤算校核時使用。

　　關于避雷器在操作過電壓下的維護特征，《技能條件》6.3.3款規定進行操作 沖擊電流下的殘壓實驗，實驗的波頭光陰為30μs，因為操作沖擊電流的波頭時 間在30～100μs范疇內，對殘壓值無顯明影響。電流幅值則按不同電壓等級規 定不同的數值(這個幅值只用于維護特征的配合，并不請求長繼續光陰沖擊電流耐 受實驗中的沖擊電流也必需到達這個數值)。

　　3.7 配合系數

　　國度尺度GB311-83《高壓輸變電裝備的絕緣配合》中，規定了高壓電氣 裝備的絕緣程度。其中220～500kV等級的裝備均訂有兩級基準絕緣程度，以適 應不同體系特性和過電壓維護裝備性能等具體情形。

　　避雷器的維護特征，重要由陡波沖擊電流殘壓、雷電沖擊電流殘壓和操作沖 擊電流殘壓來表現。相應的裝備絕緣程度中的三點則為截波實驗電壓、全波實驗 電壓和操作沖擊實驗電壓。它們之間應具有必定的配合間隔，通常用配合系數表 示。配合系數按下式盤算，即

　　部尺度SD119-84《500kV電網過電壓維護絕緣配合與電氣裝備接地暫行 技能尺度》，規定500kV電氣裝備內絕緣全波雷電沖擊實驗電壓與避雷器10kA 雷電沖擊電流殘壓間的配合體系應不小于1.4；操作波沖擊實驗電壓與避雷器操 作沖擊電流殘壓間的配合系數應不小于1.15。對于截波實驗電壓與陡波沖擊電流 殘壓的配合系數沒有明白的請求。

　　判斷避雷器的額定電壓及相應的維護特征以后，即應校驗其與被維護裝備絕 緣程度之間的配合系數是否符合請求。如果配合系數低于上述數值，則應采納高 一級絕緣程度的裝備，或采用辦法下降暫時過電壓，以便采納額定電壓低一些的 避雷器。

　　對于體系額定電壓330kV及以下電氣裝備的配合系數，過電壓維護規程中沒 有明白規定。一般覺得，330kV一級可參照采納500kV的配合系數，220kV及以 下的電壓等級，則應取得更大一些。

　　在實際工程中，當避雷器裝在母線上須要同時維護電氣距離對比遠的變壓器 和其他裝備，或者維護電纜和電纜同架空線的接頭，或者維護SF6氣體絕緣金屬 封閉電器時，要斷定避雷器與被維護裝備是否配合，則應通過盤算機盤算或模仿 實驗來判斷。

　　3.8 污穢特征

　　一般碳化硅避雷器，瓷套外表面污穢會引起電壓散布不均勻，嚴重時會導致 間隙放電電壓降落，甚至引起不能切斷續流的事故。金屬氧化物避雷器雖然沒有 由間隙所引起的這類問題，但由于電壓散布不均勻或暫態變革，會引起局部過 熱。多節避雷器還可能產生通過電阻片的電流和瓷套外表面電流之間的轉移。所 以，金屬氧化物避雷器也必需進行污穢實驗。

　　人工污穢實驗應能模仿避雷器由于污穢引起的熱效應。實驗成果應表明，有 足夠外絕緣強度的避雷器的內部設計，不會使其能量接收才能下降到不能保證的 數值。

　　但是，人工污穢實驗很難代表實際的運行條件，因此，須要積聚自然污穢現 場實驗的數據。

　　首先應采用的辦法是，遵照部頒污穢地域分級尺度，采納相應的瓷套爬電距 離。

　　4 中性點非有效接地體系中金屬氧化物避雷器的利用

　　金屬氧化物避雷器在中性點非有效接地體系中的運行條件，比在中性點有效 接地體系中刻薄。非有效接地體系可能帶單相接地運行繼續一段光陰，也可能發 生鐵磁諧振等過電壓，因而過電壓的繼續光陰往往達幾十分鐘或更長，倍數也比 較高。如按此選擇金屬氧化物避雷器的額定電壓，過電壓繼續光陰愈長，幅值愈 高，則要選的額定電壓愈高，成果維護后果也愈差。反之，避雷器則有毀壞危 險。此時，對無間隙金屬氧化物避雷器的要挾比普通閥型避雷器大，是個值得注 意的問題。同時，在非有效接地體系中，我國的金屬氧化物避雷器在性能和價錢 上同普通閥式避雷器相比，也沒有顯明的優勝性。因此，對非有效接地體系，只 在特別情形下(諸如弱絕緣、頻繁動作或須要釋放較大的能量)才使用金屬氧化物避 雷器。

　　在中性點非有效接地體系中，須要使用金屬氧化物避雷器維護的，通常有下 列三種情形：

　　a.頻繁切合的電動機；

　　b.并聯電容器組；

　　c.SF6氣體絕緣金屬封閉電器。

　　上述三種情形選用金屬氧化物避雷器的條件也不雷同。維護頻繁切合的電動 機時，由于電動機的絕緣程度較低，須要有對比好的維護特征，避雷器的額定電 壓應選得低些；維護并聯電容器組時，由于在操作過電壓下通過避雷器釋放的能 量較大，避雷器的額定電壓要選得高些；SF6組合電器一般用于35kV和63kV等 級，體系的范圍較大、產生繼續光陰較長的過電壓的時機較多，因而避雷器的額 定電壓要選得高些。以上幾種用處的避雷器的額定電壓和維護特征，可按表3中 的參數選取。由于金屬氧化物避雷器在中性點非有效接地體系中使用的經驗還不 多，該表所列參數還是建議數值。在采納時，還可依據具體情形有所變化。

　　5 保護和反省

　　5.1 保護

　　為了防止避雷器由于嚴重污穢引起的局部過熱，建議定期清掃或帶電水沖 洗。

　　5.2 反省

　　發電廠、變電所的避雷器應安裝專用的動作賭咒器，賭咒通過避雷器沖擊電 流的次數。

　　在正常運行電壓下，通過避雷器內部的電流大約為數百微安，包孕阻性分量 和容性分量，其中重要是容性分量。此外，還有必定的流經瓷套外表面的透露電 流，其大小因污穢水平而異。通過專門的測量方式，用儀器和示波器定期監測通 過避雷器電流的阻性分量的變革，是斷定避雷器電阻片的老化情形或壽命終止的 有效方式。

　　金屬氧化物避雷器應定期進行預放性實驗，預放性實驗的項目、周期和標 準，在部頒尺度《電氣裝備預防性實驗規程》(1985年)中已作規定。

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　　附加闡明：

　　本尺度由水利電力部科學技能司提出，由水利電力部避雷器尺度化技能委員 會負責起草。

　　起草工作組成員：李啟盛 梁毓錦(以下按姓氏筆劃為序)

　　王志勝 王維洲 馮家明 劉叔華 張大琨

　　張學鵬 張翠霞 沈宗揚 樊 力 顏 文