1、線路避雷器的原理線路避雷器的原理及技術要求及技術要求國網四川省電力公司電力科學研究院2013年9月2交流輸電線路用復合外套金屬氧化物避雷器交流輸電線路用復合外套金屬氧化物避雷器為并聯連接在線路絕緣子的兩端，用于限制線路為并聯連接在線路絕緣子的兩端，用于限制線路上的雷電過電壓的復合外套金屬氧化物避雷器（以上的雷電過電壓的復合外套金屬氧化物避雷器（以下簡稱線路避雷器）。下簡稱線路避雷器）。金屬氧化物避雷器（壓敏避雷器）是以氧化鋅金屬氧化物避雷器（壓敏避雷器）是以氧化鋅（ZnO）基壓敏電阻（非線性電阻）組成的。）基壓敏電阻（非線性電阻）組成的。定義定義一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理3復合外

2、套氧化鋅避雷器是集合復合絕緣子與氧化復合外套氧化鋅避雷器是集合復合絕緣子與氧化鋅避雷器的優點而迅猛發展起來的。鋅避雷器的優點而迅猛發展起來的。70年代發展起年代發展起來的氧化鋅避雷器，以其優異的非線性、大通流容來的氧化鋅避雷器，以其優異的非線性、大通流容量等優點，取代了當時大量使用的碳化硅避雷器；量等優點，取代了當時大量使用的碳化硅避雷器；與之同時開發成功的復合絕緣子，其重量輕、耐與之同時開發成功的復合絕緣子，其重量輕、耐污性能好等優點為避雷器所利用。污性能好等優點為避雷器所利用。發展過程發展過程一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理4自自1980年開始，國外提出了在線路上安裝氧化鋅年開始，

3、國外提出了在線路上安裝氧化鋅避雷器來減少雷擊故障的需求。美國和日本先后成避雷器來減少雷擊故障的需求。美國和日本先后成功地將避雷器應用于線路上。功地將避雷器應用于線路上。我國從我國從1993年開始研制和應用線路型避雷器。年開始研制和應用線路型避雷器。目前，復合外套氧化鋅避雷器已在目前，復合外套氧化鋅避雷器已在110kV至至500kV輸電線路上廣泛應用。輸電線路上廣泛應用。一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理5帶串聯間隙帶串聯間隙金屬氧化物避金屬氧化物避雷器與絕緣子雷器與絕緣子串相并聯，它串相并聯，它由金屬氧化物由金屬氧化物避雷器本體和避雷器本體和串聯間隙兩部串聯間隙兩部分構成。分構成。帶串聯

4、間隙金屬氧化物避雷器帶串聯間隙金屬氧化物避雷器結構及安裝示意圖結構及安裝示意圖一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理6氧化鋅避雷器的特性主要是氧化鋅避雷器的特性主要是由材料的非線性特性決定。由材料的非線性特性決定。氧化鋅元件的非線性特性主氧化鋅元件的非線性特性主要是由晶界層形成的，在低電要是由晶界層形成的，在低電場 強 度 下 其 電 阻 率 為場 強 度 下 其 電 阻 率 為10101011W Wm，而當電場強度，而當電場強度達到達到106107V/m時，其電阻率時，其電阻率驟然下降進入低電阻狀態。驟然下降進入低電阻狀態。非線性特性非線性特性圓餅狀的氧化鋅閥片圓餅狀的氧化鋅閥片一、線路避

5、雷器的原理一、線路避雷器的原理7氧化鋅元件的伏安特性可由下式表示氧化鋅元件的伏安特性可由下式表示：其 非 線 性 系 數其 非 線 性 系 數a a與 電 流 密 度 有 關 ， 一 般 為與 電 流 密 度 有 關 ， 一 般 為0.010.04，在大的雷電流下，在大的雷電流下，a a也不大于也不大于0.1。 UCIa氧化鋅閥片與碳氧化鋅閥片與碳化硅閥片伏安特化硅閥片伏安特性比較性比較 一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理8線路避雷器線路避雷器帶串聯間隙線路帶串聯間隙線路避雷器避雷器無間隙線路避雷無間隙線路避雷器（帶脫離器）器（帶脫離器）內間隙內間隙外間隙外間隙不帶支撐件不帶支撐件間隙（

6、純空間隙（純空氣間隙）氣間隙）帶支撐件間帶支撐件間隙隙分類分類一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理9帶絕緣支撐件間隙線路避雷器帶絕緣支撐件間隙線路避雷器10帶脫離器的無間隙線路避雷器帶脫離器的無間隙線路避雷器不帶絕緣支撐件間隙線路避雷器不帶絕緣支撐件間隙線路避雷器（純空氣間隙線路避雷器）（純空氣間隙線路避雷器）11其目的是在雷電過電壓的情況下保護與之并聯其目的是在雷電過電壓的情況下保護與之并聯的絕緣子串，故串聯間隙應僅在快波前過電壓下擊的絕緣子串，故串聯間隙應僅在快波前過電壓下擊穿，而能承受各種工頻和系統中出現的緩波前過電穿，而能承受各種工頻和系統中出現的緩波前過電壓（操作過電壓）。壓（操

7、作過電壓）。帶串聯間隙金屬氧化物避雷器帶串聯間隙金屬氧化物避雷器一、線路避雷器的原理一、線路避雷器的原理12 避雷器的基本功能避雷器的基本功能 避雷器應具有以下四種機能：避雷器應具有以下四種機能：1）抑制過電壓的機能；）抑制過電壓的機能；2）沖擊電流的通流機能；）沖擊電流的通流機能；3）從瞬時接地狀態下自我恢復性能（續流遮斷性）從瞬時接地狀態下自我恢復性能（續流遮斷性能）；能）；4）不發生不必要的動作。）不發生不必要的動作。二、線路避雷器的作用二、線路避雷器的作用13 為什么在雷電過電壓出現期間，流經為什么在雷電過電壓出現期間，流經避雷器的大電流沒有造成線路保護動作？避雷器的大電流沒有造成線路

8、保護動作？ 電力系統工頻周期為電力系統工頻周期為20ms，繼電保護，繼電保護的采樣周期在的采樣周期在1ms左右。而雷電波的半波左右。而雷電波的半波長為長為10 s數量級，即避雷器泄放電流的過數量級，即避雷器泄放電流的過程相對繼電保護的反應時間來說可忽略。程相對繼電保護的反應時間來說可忽略。 二、線路避雷器的作用二、線路避雷器的作用 線路避雷器是近年來用作架空輸電線路加強防雷保護較為有效的方法，能實現繞擊和反擊保護二、線路避雷器的作用二、線路避雷器的作用p 線路避雷器線路避雷器應用情況及效果評估應用情況及效果評估二、線路避雷器的作用二、線路避雷器的作用- 15 -u 雖然避雷器僅能保護并聯的絕緣

9、子，不能保護其他相，也不能保護臨雖然避雷器僅能保護并聯的絕緣子，不能保護其他相，也不能保護臨基桿塔，但依然是目前公認效果最好的防雷措施基桿塔，但依然是目前公認效果最好的防雷措施 線路避雷器效果線路避雷器效果較好，如何才能較好，如何才能用好線路避雷器？用好線路避雷器？16懸掛式安裝時，應進行拉伸負荷試驗：型式和抽懸掛式安裝時，應進行拉伸負荷試驗：型式和抽樣試驗取避雷器自重的樣試驗取避雷器自重的15倍，耐受倍，耐受60s不損壞。試驗不損壞。試驗前后避雷器本體局放變化不大于前后避雷器本體局放變化不大于10pC，局放量不大，局放量不大于于10pC，直流參考電壓變化不大于，直流參考電壓變化不大于5%。非

10、懸掛式安裝時，應進行抗彎負荷試驗非懸掛式安裝時，應進行抗彎負荷試驗注：線路避雷器本體在型式試驗時，注：線路避雷器本體在型式試驗時，不是設計用不是設計用于扭轉負荷的，如果要受到扭轉負荷，經供需雙方于扭轉負荷的，如果要受到扭轉負荷，經供需雙方同意，需要進行專門的試驗同意，需要進行專門的試驗。機械性能機械性能復合外套外觀復合外套外觀三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求17對避雷器應進行雷電沖擊對避雷器應進行雷電沖擊50%放電電壓試驗和工放電電壓試驗和工頻耐受電壓試驗，其試驗值應與線路絕緣水平相配頻耐受電壓試驗，其試驗值應與線路絕緣水平相配合，以保證避雷器在雷電過電壓下放電，而在工頻合，以

11、保證避雷器在雷電過電壓下放電，而在工頻過電壓下不放電。典型推薦值見下表。過電壓下不放電。典型推薦值見下表。系統標稱電壓（有系統標稱電壓（有效值）效值）工頻耐受電壓（有工頻耐受電壓（有效值）不小于效值）不小于雷電沖擊雷電沖擊50%放放電電壓（峰值）電電壓（峰值）不大于不大于1101855602203709605005671760三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求18避雷器的沖擊伏秒特性曲線應比被保護的絕緣子避雷器的沖擊伏秒特性曲線應比被保護的絕緣子串的伏秒特性曲線至少低串的伏秒特性曲線至少低10%。避雷器沖擊伏秒特性避雷器沖擊伏秒特性避雷器本體的局部放電避雷器本體的局部放電不應大于

12、不應大于10pC。三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求19三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求SVU參考電參考電壓壓(有效有效值）值）系統系統電壓電壓(有效有效值值)標稱放電電流標稱放電電流20 kA等級等級標稱放電電流標稱放電電流10 kA等級等級標稱放電電流標稱放電電流5 kA等級等級陡波沖擊電流殘壓雷電沖擊電流殘壓直流1 mA參考電壓陡波沖擊電流殘壓雷電沖擊電流殘壓直流1 mA參考電壓陡波沖擊電流殘壓雷電沖擊電流殘壓直流1 mA參考電壓（峰值）不大于不小于（峰值）不大于不小于（峰值）不大于不小于90110-29226013029226013096110-31428

13、0140314280140108110-358320160-180220-584520260-192220-628560280-216220-716640320-39650011711050561-7681000236521501086a-%a為直流參考電流為直流參考電流2mA下的直流參考電壓值。下的直流參考電壓值。20電流沖擊耐受電流沖擊耐受避雷器本體應通過避雷器本體應通過2ms方波電流耐受試驗、大電方波電流耐受試驗、大電流沖擊耐受試驗以及大電流沖擊負載試驗。試驗值流沖擊耐受試驗以及大電流沖擊負載試驗。試驗值如下表：如下表： 系統標稱電壓有效值系統標稱電壓有效值(kV)2ms方波沖擊電流值方

14、波沖擊電流值(A)大電流沖擊耐受電流峰大電流沖擊耐受電流峰值值(kA)1104001002206001005001200100三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求21額定電壓、標稱放電電流額定電壓、標稱放電電流110kV、220kV和和500kV線路避雷器的額定電壓分線路避雷器的額定電壓分別建議選擇別建議選擇108kV、192kV和和396kV；110kV、220kV標稱放電電流建議選擇標稱放電電流建議選擇10kA，500kV選擇選擇20kA。1）避雷器額定電壓是施加到避雷器端子間的最）避雷器額定電壓是施加到避雷器端子間的最大運行工頻電壓有效值，選擇避雷器額定電壓時，大運行工頻電壓

15、有效值，選擇避雷器額定電壓時，僅考慮單相接地、甩負荷和長線電容效應引起的暫僅考慮單相接地、甩負荷和長線電容效應引起的暫時過電壓。時過電壓。 三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求22間隙距離間隙距離按如下按如下2個原則確定串聯間隙長度：個原則確定串聯間隙長度：1）線路避雷器串聯間隙距離應足夠大，能承受）線路避雷器串聯間隙距離應足夠大，能承受避雷器所安裝線路系統最大過電壓。避雷器所安裝線路系統最大過電壓。2）線路避雷器串聯間隙距離應足夠小，使得雷）線路避雷器串聯間隙距離應足夠小，使得雷擊桿塔時線路避雷器能在絕緣子串閃絡之前動作。擊桿塔時線路避雷器能在絕緣子串閃絡之前動作。三、線路避雷器

16、的性能要求三、線路避雷器的性能要求23參考值如下：參考值如下： 系統標稱系統標稱電壓電壓(kV)純空氣間隙純空氣間隙(mm)絕緣支撐間隙絕緣支撐間隙(mm)典型間隙參典型間隙參考考部分廠部分廠家家典型間隙典型間隙參考參考部分廠家部分廠家110430204004804801048022085050820880980108205001500150三、線路避雷器的性能要求三、線路避雷器的性能要求 線路雷擊線路雷擊跳閘的跳閘的影響因素影響因素礦產水域山坡大跨越大跨越雷電活動p 線路避雷器選點線路避雷器選點經常發生多雷區安裝線路避雷器一基經常發生多雷區安裝線路避雷器一基被保護，但臨近桿塔跳閘？被保護，但

17、臨近桿塔跳閘？四、線路避雷器的選點四、線路避雷器的選點25線路避雷器宜選擇帶串聯間隙的避雷器。線路避雷器宜選擇帶串聯間隙的避雷器。1）“架空輸電線路差異化防雷工作指導意見架空輸電線路差異化防雷工作指導意見”（國家電網生（國家電網生2011500號）：線路避雷器宜選擇號）：線路避雷器宜選擇帶串聯間隙的避雷器。帶串聯間隙的避雷器。2）由于串聯間隙的隔離作用，避雷器本體部分）由于串聯間隙的隔離作用，避雷器本體部分基本不承擔系統運行電壓，可以不考慮長期運行電基本不承擔系統運行電壓，可以不考慮長期運行電壓下的電老化問題，且本體部分的故障不會對線路壓下的電老化問題，且本體部分的故障不會對線路運行產生隱患。

18、運行產生隱患。 四、線路避雷器的選型四、線路避雷器的選型 帶純空氣間隙帶絕緣子間隙缺點：缺點：1. 空氣間隙避雷器在大風作用下，空氣間隙避雷器在大風作用下，間隙距離會發生變化間隙距離會發生變化2. 安裝復雜，且需調整間隙安裝復雜，且需調整間隙優點：優點：1. 可靠性高、壽命長可靠性高、壽命長，即使避雷器故，即使避雷器故障，間隙障，間隙 依然可以起到隔離作用依然可以起到隔離作用缺點：缺點：1. 復合絕緣子本身有老化和維護的復合絕緣子本身有老化和維護的問問題題2. 連接部位受力問題連接部位受力問題優點：優點：1. 安裝容易安裝容易推薦p 線路避雷器的選型線路避雷器的選型五、線路避雷器的選型五、線路

19、避雷器的選型 p 線路避雷器的安裝線路避雷器的安裝 安裝過程根據塔形的不同，采用不同的安裝方式，除了避雷器本體外，還涉及到支架選擇、安裝、計數器安裝、據帶電體距離大小以及避雷器間隙的確定等。六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝u直線塔安裝 直線塔使用空氣間隙避雷器，安裝應注意 避雷器的位置 避雷器與被保護絕緣子的安全距離 避雷器與帶電體的距離 鋼架的選擇與安裝 弧形電極的方向 間隙的尺寸 計數器的安裝等 2、安裝線路避雷器、安裝線路避雷器部分安裝與細節u直線塔安裝 2、安裝線路避雷器、安裝線路避雷器部分安裝與細節部分安裝與細節u耐張塔安裝 耐張塔因無

20、法實施安裝純空氣間隙避雷器，僅能安裝帶絕緣子間隙避雷器，使用帶絕緣子間隙避雷器，安裝應注意： 安裝點是否處于重冰區 安裝點是否處于強風區 避雷器的位置、避雷器與被保護絕緣子的安全距離、鋼架的選擇與安裝、計數器的安裝等（與純空氣間隙一致） 絕緣子的安裝形式2、安裝線路避雷器、安裝線路避雷器六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝部分安裝與細節 避雷器一端通過鐵塔接地，一端通過固定絕緣子間隙直接搭接在導線上，避雷器采用垂直下垂的方式。部分安裝與細節線路避雷器的技術要求線路避雷器的技術要求六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝1、線路避雷器在安裝前應嚴格按照規程開展交接試驗；2、安裝支架伸出距離應

21、滿足避雷器與被保護絕緣子的安全距離大于最大間隙距離的要求，并留有一定裕度，防止避雷器對絕緣子金具放電，如220kV線路避雷器與接地體的空氣距離不低于1.9m；六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝 上表需進行海拔修正，如1000m以下，220kV最小間隙不低于1.9m，2000m時應不低于2.09m，3000m時應不低于2.28m六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝3、線路避雷器安裝支架可采用兩根角鋼靠背雙并斜擔在桿塔塔頭主橫擔上或者采用槽鋼、角鋼結合的方式，采用的槽鋼、角鋼型號應滿足避雷器承力要求，如安裝220kV線路避雷器采用兩根角鋼應不低于L63*6，若采用槽鋼、角鋼結合的方式，槽鋼不低于10號；4、線路避雷器安裝時，為保障間隙距離的有效性，避雷器尾端弧形電極長軸方向應與下方導線垂直；六、線路避雷器的安裝六、線路避雷器的安裝5、線路避雷器純空氣間隙安裝時應滿足要求；6、線路避雷器的計數器應選擇具有大盤徑、粗指針的計數器，以易于塔下查看讀取數據，安裝時計數器面板朝下。計數器安裝時，通過軟導線與避雷器接地端子相連，計數器朝向主橫擔側，也可安裝在桿塔塔頭主橫擔上靠近避雷器側的位置（打孔），但距避雷器的位置不應