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氧化鋅避雷器的技術特點

發布時間:2019-10-6 13:20:34

氧化鋅避雷器的運行條件和工作原理與交流避雷器有很大的差別,主要有:交流避雷器可利用電流自然過零點的時機切斷續流,而氧化鋅避雷器沒有電流過零點可利用,因此滅弧較為困難;直流輸電系統中電容元件(如長電纜段、濾波電容器、沖擊波吸收電容器等)遠比交流系統多,而且在正常運行時均處于全充電狀態,一旦有某一只避雷器動作,他們將通過這一只避雷器進行放電,所以換氧化鋅避雷器的通流容量要比常規交流避雷器大得多;正常運行時氧化鋅避雷器的發熱較嚴重;某些氧化鋅避雷器的兩端均不接地;氧化鋅避雷器外絕緣要求高。直流輸電系統中的內部過電壓產生的原因、發展的機理、幅值、波形是多種多樣的,要比交流系統的情況復雜許多 。由于施加在各種避雷器的電壓波形不同,避雷器的負載隨其所處的位置而有所變化??傊?,氧化鋅避雷器的運行條件要比交流避雷器嚴酷得多,因而對氧化鋅避雷器提出的技術要求很高。氧化鋅避雷器的結構、工作條件、作用原理、保護特性等均與交流避雷器不同。氧化鋅避雷器的運行電壓不同于交流避雷器,直流側有直流諧波,換相過沖等,而且各點都不同。有持續運行電壓峰值(PCOV)、持續運行電壓峰值(CCOV)和等效持續運行電壓(ECOV)之分,根據不同的氧化鋅避雷器有不同的考慮。同時由于各種避雷器所處位置不同,應考慮各次諧波疊加*大時的*嚴酷工況。氧化鋅避雷器的另一個關鍵參數是配合電流— —與*大殘壓相對應的電流,以波頭時間進行區分。陡波沖擊電流:波頭為l-t-O.1 s,波尾≤20 p.S;雷電流沖擊:(8/20 tzs)(范圍7~9/18~2O tzs);操作沖擊電流:波頭≤30 tzs,波尾6O~100 tzs;緩波前操作電流:l ms/2 ms。對于特高壓氧化鋅避雷器,操作波沖擊配合電流通常選取l~3 kA,雷電波沖擊配合電流通常選取5~30 kA。特高壓氧化鋅避雷器能量吸收能力高,必須采用直流電阻片內并聯、外并聯及內外并聯多柱結構才能滿足要求,為此必須研究均流技術,盡可能使沖擊電流在各個氧化鋅電阻片柱均勻分布。對于串聯連接的氧化鋅避雷器,要考慮它們之間電壓分配的不均勻性。當計算串聯連接的避雷器的*大保護水平時,應采用氧化鋅避雷器*大偏差特性,而確定特定位置的避雷器的*大能量要求時,該避雷器應采用*小的偏差特性 。避雷器在工作中需要承受電壓和電流,必然引起損耗。特別是在高壓直流換流站,系統中的故障應力、操作應力都將引起氧化鋅避雷器很大的功耗。直流電阻片在不同波形電壓下的功率損耗特性不同,當荷電率較低(<0.85)時,功耗較小,但隨著荷電率的提高,極母線避雷器由于處于純直流耐受狀態,其功耗迅速增大,而橋側氧化鋅避雷器和避雷器處于帶高次諧波的電壓下,當荷電率超過1.0時才依次快速增大。直流電壓下,電阻片的加速老化試驗條件*為苛刻,而橋側和閥側電壓影響就小的多,也就是說隨著直流成分的增加,電阻片的老化壽命會縮短。通常在加速老化試驗初期,電阻片功耗逐步上升,2個小時后,功耗逐步降低,并趨于穩定。由此可知,不同的避雷器可以選取不同的荷電率:如±800 kV直流換流站所需增加的換氧化鋅避雷器型號的荷電率可以較高(95%以上),而極母線避雷器由于承受很高的純直流電壓,所以荷電率的選取應稍低一些,其他氧化鋅避雷器可根據承受的純直流的成分多少適當增減。特高壓氧化鋅避雷器的設計與±5O0 kV避雷器總體上是一致的,但在某些方面具有特殊性需要加以考慮 :
(1) 氧化鋅避雷器由于位置的不同可分為頂端避雷器(V1)、V2和V3 3種,V1在對應閥閉鎖期間,若高壓換流器Y,Y變壓器閥側對地閃絡,直流濾波器和直流線路通過平波電抗器向Vl放電,這時對該避雷器能量沖擊就會顯著大于其他避雷器。在特高壓直流輸電工程中,采用2個換流器串聯導致故障時能量沖擊進一步增大。此時如果對應的閥觸發導通,避雷器中通過的電流將會流入換流閥中,因此換流閥設計時應考慮這種工況。
(2)與高壓直流換流站不同,直流輸電工程為了限制換流站高壓端的換流變壓器閥側套管、引線和繞組的過電壓水平,在該變壓器閥側出口增加配置一組直接對地的氧化鋅避雷器,該避雷器直接安裝在高壓端的Y,Y變壓器閥側三相出線上,從而抑制交流過電壓通過換流變傳遞到*高電位換流變閥側的過電壓,同時降低換流器避雷器的保護水平。
(3)直流輸電工程中,在雙極共用的中性母線上增加了一組中性母線避雷器,這也是特高壓直流輸電工程特別需要的。由于線路長l 438 km,當出現直流極線接地、換流變閥側套管對地短路、交流側不對稱接地等故障時,操作過電壓能量大幅增大,就要求避雷器具有很高的能量吸收能力??赏ㄟ^運用多個氧化鋅避雷器并聯解決這一問題。
(4)特高壓直流輸電工程中增加干式平波電抗器可以減少換流站多個位置的對地諧波電壓等作用,平波電抗器端對端雷電過電壓在直流側雷電進波與直流運行電壓極性相反時達到*高的水平,平抗線圈的縱絕緣水平有可能進一步提高,因此在平波電抗器的繞組兩端安裝一臺額外的避雷器有助于限制對平波電抗器的雷電沖擊應力,從而極大地改善端對端絕緣要求。由于平波電抗器的正常運行電壓低,故可合理選擇氧化鋅避雷器額定值使得操作過電壓產生的能量很小,該避雷器主要作為一只防雷避雷器在設計時采用合成外套,以便減輕重量,易于布置。
(5)避雷器安裝在直流線路上,其持續運行電壓為824 kV,考慮采用硅橡膠材料代替瓷材料既可以降低避雷器重量、減小體積又可以提高耐污能力等,但還需要進行直流下離子遷移,耐漏電起痕等相關試驗。由于該避雷器承受平滑的純直流電壓和電流,是電阻片所經受的*苛刻的運行條件,所以要考慮長期荷電老化特性。

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