1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 35kV线路避雷器的研究与设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本文介绍油田 35kV 输电线路地处旷野，遭雷击概率高，土壤电阻率大，线路跳闸率高，影响输电线路供电的持续性，带来巨大的经 济损失。经过合理的分析和研究，在输电线路上安装避雷器是行之有效的解决方案，限制了雷击输电线路和部分操作不当引起的过电压，提高了输电线路的可靠性。 文介绍了避雷器的发展过程、工作原理、主要参数等等，说明了雷击输电线路的三种不同形式，提出了保护线路的方案，用带间隙和不带间隙两种氧化锌避雷器配合保护输
2、电线路。接着对避雷器进行设计、选型、各种参数的确定、制图等等，还介绍了避雷器产品必须进行的实验，最后撰写了 35kV 线路防雷型氧化锌避雷器的使用说明。 关键词 ： 35kV 输电线路，避雷器，确定参数，设计 II Research and design of 35kV line surge arrester Abstract This article describes the 35kV transmission line is located in the desert oil fields and has high probability of being struck by light
3、ning. There is large soil resistance in the desert. And the rate of lines trip is high. Thunder affects on the continuity of power transmission lines and brings huge economic losses. After a reasonable analysis and study, arresters installed in the transmission lines is an effective solution, which
4、limits over-voltage caused by the transmission line sticking by lightning and some improper operation, and also improves the reliability of transmission lines. Paper describes the development, working principle and the main parameters of surge arresters; etc. It shows three different forms of transm
5、ission line ticking by lightning and proposes programs of protection circuit- With the band gap and without gap zinc oxide transmission line arresters to protect the lines. Then I design, select, determinate the various parameters, map it, etc. I also introduce the test of the arresters which it mus
6、t be done. Finally, I write instructions of MOA of the 35kV line. Keywords: 35kVtransmission line, arrester, parameters, design III 目录 摘 要 .I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与意义 . 1 1.2 避雷器的发展史 . 1 1.3 避雷器的分类 . 2 1.4 避雷器的工作原理 . 3 1.4.1 避雷器的主要参数定义 . 4 1.4.2 避雷器的型号说明 . 5 1.5 氧化锌避雷器的特性 . 5 1.5.1 氧化锌避雷器
7、的优点及功能特性 . 6 2 35kV 输电线路雷电防护方案 . 7 2.1 技术开发方案 . 7 2.2 35kV 线路避雷器的要求 . 7 2.2.1 35kV 线路遭雷击的研究 . 7 2.2.2 感应过电压作用于 35kV 输电线路 . 8 2.2.3 雷击导线中间时过电压情况 . 9 2.2.4 雷击杆塔时产生的过电压 . 9 2.3 避雷器的选择步骤 . 11 2.4 绝缘配合计算 . 11 2.4.1 串联间隙金属氧化物避雷器 . 11 2.4.2 无间隙氧化新避雷器 . 11 2.4.3 两类线路防雷型避雷器比较 . 11 2.5 线路选用复合外套氧化锌避雷器 . 12 2.6
8、 线路避雷器安装保护档距结构的设计 . 12 3 避雷器的设计选型 . 14 3.1 35kV 线路防雷型串联间隙氧化锌避雷器 . 14 3.2 避雷器的技术性能 . 14 3.3 线路防雷保护方案 . 17 3.4 线路避雷器外型图 . 18 3.5 避雷器的制作设备照片 . 20 4 实验分析 . 22 4.1 测量绝缘电阻 . 22 4.2 测量直流 1mA 的临界动作电压 . 22 IV 4.3 测量 0.75 倍直流电压下的泄漏电流 . 23 4.4 测量运行电压下交流泄漏电流 . 23 5 35kV 线路防雷型氧化锌避雷器避雷器的使用说明 . 27 5.1 用途 . 27 5.2
9、使用条件 . 27 5.3 工作原理以及特点 . 27 5.4 避雷器结构特点及安装使用说明 . 28 5.5 避雷器安装示意图 . 28 5.7 结论 . 29 总结 . 30 参考文献 . 31 致谢 . 错误 !未定义书签。 35kV 线路避雷器的研究与设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源与意义 科技的发展，带动工农业迅速提高，科技发展的背后由于电力资源的重要的支持，工厂设备的运行，人们日常的生活，学校教学仪器，等等任何场所都需要电，用到电，电力资源变得及其的重要，电从电厂出来要经过线路的输送，在这个环节中，我们对线路运输电的可靠性的要求也越来越高了。由于雷电等自然灾害的危险，导致线路
10、屡屡出现故障，为了减少自然雷害对线路的影响，人们想尽办法。自从富兰克林提出有关避雷针的理论之后，科学家很快研究出避雷器来，经过深入的研究避雷器被用 到线路上降低线路雷击的事故。 一旦输电线路遭受雷击，输电线路在继电器的保护下马上跳闸或线路被雷击坏，造成工厂、公司、学校等大范围停电，就会影响供电持续性；也可能雷电的过电压通过导线进入电气设备，使设备损坏，带来巨大的经济损失。如果用导线将输电线接地，把雷电流引入地下，就可以用来防雷电的影响，不但可以减少由于雷电击中输电线路而引起的跳闸的次数，还可以有效地保护变电站内电气设备的安全运行，是维持电力系统可靠、持续供电的重要环节 1。所以说在输电线路上安
11、装避雷器是一种行之有效的办法，使线路的输送更加可靠安全，相 比线路上安装避雷线，安装避雷器的费用更省。根据电网故障的统计，输电线路造成的事故在不断增多。例如，在我国线路跳闸次数较多的地方， 高压线路运行的总跳闸次数中 ,由与雷击而引起的次数约占 40 70%， 尤其是在土壤电电阻率较高、多雷电、地形复杂的地区 2。 我国已经研制出 10 500kV 的线路避雷器 ， 并且已大量应用在输电线路的雷电防护中 2。目前， 110kV 及以上 的输电线路避雷器的研究比较系统和全面，达到了预期的防雷效果，而 35kV 输电线路还没有全面的研究，主要原因是 35kV输电线路被架设在旷野，建筑物少，因此 遭
12、雷击的概率大，由数据显示该线路的跳闸次数占电网总事故的比例很大，所以对 35kV 避雷器的研究意义深渊 3。减少了雷电对输电线路的损害，降低了自然灾害对经济、生产、生活的影响，保证了电力系统的稳步发展。因此，对输电线路的防雷保护的研究有着非常重要的意义。 1.2 避雷器的发展史 避雷器 的 发展 过程 ： 一开始避雷器的被设计为保护间隙避雷器，有一个简单的保护间隙结构， 一般 将 它应 用于配电系统、线路和变电所进线段 进行 保护 ；接着研究出 管型避雷器 ，也有保护间隙，但是增加了避雷器放电后的自行灭弧35kV 线路避雷器的研究与设计 2 能力；为了提高避雷器的灭弧能力 ，研究出 磁吹避雷器
13、 ，利用磁吹式火花间隙，不仅灭弧能力提高了，还把避雷器的内部过电压限制在一定范围内；至今应用最多的避雷器是氧化锌避雷器，具有无续流残压、高效等优点，被公认为是理想的避雷器， 如图 1-1。 图 1-1 避雷器的发展过程 1.3 避雷器的分类 避雷器的种类繁多，不同的厂生产出来的避雷器的品牌、型号不同，大大小小有上百种，但是它们的结构类型有限，所以按组合的结构可分为： 火 花 间 隙 火 花 间 隙 阀 片 阀 片 阀 片 磁 吹 间 隙 开放式间隙 密闭式间隙 间隙类 开放式放电管 密闭式放电管 放电管类 多片 单片 压敏电阻类 抑制二极管 简单组合 复 杂组合 压敏电阻 35kV 线路避雷器
14、的研究与设计 3 按工作原则我们可将避雷器分为以下型式： 避雷器还可以根据电压等级、保护对象、标称电流等进行分类。 1.4 避雷器的工作原理 输电线路上的过电压沿线路向两端将过电压波进入电气设备，造成电气设备的绝缘遭到破坏，所以，我们尽可能的想办法把过电压限制在电气设备所能承受的范围之内，不让设备损坏。线路上过电压的产生可能来自与以下几方面：雷击输电线路附近时，引起的感应过电压；雷电直接击在输电线路上而产生的过电压；还可能是电气设备的运行投入与退出等操作造成电压的波动。 雷电压的能量巨大，不能让雷电流长时间在输 电线路上活动，就用避雷器接在线路与大地之间，将电流引入大地，如图 1-2 所示。当
15、过电压来袭时，避雷器要进行三个动作：限制过电压的幅值，熄灭雷电产生的电弧，然后恢复原状。在正常情况下，避雷器是处于截至状态的；当过电压超过避雷器的保护电压时避雷器将导通，将雷电流引入大地，限制了过电压的幅值，此时还要切断雷电流通过的火花间隙，当过电压的幅值降到避雷器的保护电压以下时，避雷器恢复到绝缘的状态 4。 无间隙金属氧化物避雷器 带间隙金属氧化物避雷器 金属氧化物型 并联型 串联型 普通阀式避雷器 磁吹阀式避雷器 阀式 无续流管型避雷器 管型避雷器 排气型 碳化硅类 35kV 线路避雷器的研究与设计 4 图 1-2 避雷器的防雷原理 避雷器首先依靠火花间隙对过电压进行 限压。阀式避雷器的
16、火花间隙被击穿后，雷电流流过非线性电阻后产生压降，此时避雷器两端就有了一定数值的压降，该压降被称为残压，避雷的保护水平是由残压决定的。 不同类型的避雷器它的灭弧装置是不一样的。例如，阀式避雷器的灭弧过程是依靠间隙和串联的非线性电阻片的一起配合将雷电流的幅值限制在一定数值之下，这样才能进行灭弧的。又比如，管型避雷器，它的内部有产气体的材料，在过电压经过时产生大量的高压气体，用产出的气体将高压电弧吹断，以此达到灭弧的目的。 雷电流进过避雷器时，避雷器的间隙中充满了气体的离子和自由电子，当电弧被 熄灭时，离子和电子迅速消失，避雷器的绝缘强度在短短几秒钟内得到恢复，紧接着间隙就处于绝缘状态。 1.4.
17、1 避雷器的主要参数定义 1、 标称电压 nU ：被保护 输电 系统的额定电压。 2、额定电压 cU ：能够长久作用于避雷器的两端，但是不会引起避雷器特性的变化和激活避雷器的最大电压有效值。 3、额定放电电流 snI ：用波形为 s20/8 的标准雷电冲击避雷器 10 次时 ，避雷器耐受的最大冲击电流的峰值。 4、最大放电电流 maxI ：用波形为 s20/8 的标准雷电波冲击避雷器 1 次时，避雷器耐受的最大冲击电流的峰值。 5、电压保护级别 pU ：避雷器在 sKV/1 斜率的跳火电压和额定放电电流的残压这两项测试中的最大值。 6、响应时间 At ：避雷器内的氧化锌被击穿所需的时间。 7、
18、最大纵向放电电流： 每 根导线 对地施加波形为 s20/8 的标准雷电波冲击 1被保护 的设备 线路 35kV 线路避雷器的研究与设计 5 次时， 避雷器 所耐受的最大冲击电流峰值。 8、 最大横向放电电流：指 导 线与 导 线之间施加波形为 s20/8 的标准雷电波冲击 1 次时， 避雷器 所耐受的最大冲击电流峰值。 9、 在线阻抗：指在标称电压 nU 下流 过避雷器 的回路阻抗和感抗的和。 10、峰值放电电流： 避雷器 额定放电电流 snI 和最大放电电流 maxI 。 11、漏电流：指在 75%或 80%标称电压 nU 下流 过避雷器 的直流电流。 1.4.2 避雷器的型号说明 产 品
19、形 式 Y - 金 属 氧 化 物Y H - 复 合 外 套 金属 氧 化 物标 称 放 电 电 流结 构 特 征 W - 无 间 隙C - 串 联 间 隙B - 并 联 间 隙使 用 场 所 S - 配 电 站Z - 电 站 型R - 保 护 电 容 组D - 电 机 型T - 电 气 化 铁 路X - 线 路 型L - 直 流避 雷 器 额 定 电 压标 称 电 流 下 的 最 大 残 压图 1-3 避雷器的型号说明 1.5 氧化锌避雷器的特性 本课题研究的 35kV 线路避雷器属于氧化锌避雷器，因为氧化锌避雷器被世界公认为最先进的防雷避雷器。之所以选氧化锌材料，主要是氧化锌电阻片的伏安特性曲线非常优异，如图 1-4，在较高电压下，氧化锌的电阻较小，此时避雷器的泄流大 ，残压低。在正常工频电压作用下，氧化锌电阻很大，此时的电流很小，只有几十毫安。
