２００８年第３期 河南电力 １７ 浅谈２２０ｋＶ及以下变电站无间隙 金属氧化物避雷器的选择 魏韬 ，张科ｚ，张洪涛 （１．周口供电公司，河南周口４６６０００；２．河南电力试验研究院，河南郑州４５００５２） 摘要：无间隙金属氧化物避雷器以其优良的非线性伏安特性，吸收能量大，保护性能好等优点，在电力系统中越来 越广泛的得到应用。然而，只有正确的选择了系统中各电压等级的避雷器，才能真正对被保护对象起到应有的保护 作用。实际应用中．存在呆板的套用国家电网公司典型设计的现象，对实际的保护对象不做具体考证，本文，按电压 等级和被保护对象做了一些简单的分析，以供选型时参考。 关键词：无间隙金属氧化物避雷器选择 中图分类号：ＴＭ８６２ 文献标识码：Ｂ 文耄编号：Ｘ（２００８）０３—０１７－０４ Ｓｈａｌｌｏｗｌｙ Ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ Ｃｅａｓｅｌｅｓｓ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ａｔｔｅｓｔｅｒ Ｃｈｏｉｃｅ ｉｎ ２２１３ＩｋＶ ａｎｄ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｌｌ＂ｍ６ｒ Ｓｕｂｓａｔｔｉｏｎ Ｗｅｉ Ｔａｏ ，Ｚｈａｎｇ Ｋｅ ，Ｚｈａｎｇ Ｈｏｎｇ—ｔａｏ （１．Ｚｈｏｕｋｏｕ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｚｈｏｕｋｏｕ ４６６０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｅａｓｅｌｅｓｓ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ａｒｒｅｓｔｅｒ ｂｙ ｉｔｓ ｆｉｎｅ ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ ｖｏｌｔａｇｅ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ａｂｓｏｒｂｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｂｉｇ，ｐｒｏｔｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｏ ｂｅ ｇｏｏｄ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔ，ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｏｎｌｙ ｈａｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｃｈｏｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｖａｒｉｏｕｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｒａｎｋ ａｒｒｅｓｔｅｒ，ｃｏｕｌｄ ｔｒｕｌｙ ｔｏ ｇｅｔ ｕｐ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｈａｖｅ．ｎＩ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｘｉｓｔｓ ｓｔｅｒｅｏｔｙｐｉｃａＵｙ ａｐｐｌｉｅｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｈｔｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｐａｎｙ ｍｏｄｅｌ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｅｘｔｕａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｖｏｌａｔｇｅ ｒａｎｋ ｎａｄ ｂｙ ｈｔｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔ ｓｏｍｅ ｓｉｍｐｌｅ ａｎａｌｙｓｅｓ，ｓｕｐｐｌｉｅｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｈａｐｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅａｓｅｌｅｓｓ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ａｒｒｅｓｔｅｒ；ｃｈｏｉｃｅ 在型号中，关键参数为：标称放电电流，额定电压 １ 无间隙金属氧化物避雷器（以下简称避雷 和标称放电电流下的最大残压，他们分别确定了避雷 器）的型号说明 器的放电能力，被保护设备的电压等级和保护水平。 ２避雷器选型总体原则和选型时牵涉到的 附加特征代码 Ｄ一带电检恬型 几个关键名词 卜带脱离装置 标称电流下的最犬 量压ｋｖ 避雷器选型的一般原则是： 额定电压ｄｋ）ｋＶ 设ｉ十序号 （１）根据被保护对象选择避雷器类型；（２）按系 使用场所 ｓ一配电型 统中长期作用在避雷器上的最高电压确定避雷器的 ｚ一电站型 持续运行电压；（３）估算通过避雷器的雷电放电电流 Ｒ’僳护电容组 结拘特征 幅值，选择避雷器的标称放电电流；（４）根据被保护 ｗ一无问嗤【 标称放电电流ｋ＾ 设备的额定雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电 Ｈ一复台外套．无标记为瓷外套 ｙ－金属氧化物避雷器 压，按照绝缘配合系数的要求，留够绝缘裕度，确定 １８ 魏韬等：浅谈２２０ｋＶ及以下变电站无间隙金属氧化物避雷器的选择 ２００８年第３期 避雷器雷电冲击保护水平和操作冲击保护水平。 选择避雷器不能不提到的几个关键名词是：确 受电压（见表１）、绝缘配合系数、最大残压；确定额 定电压用的系统标称电压、系统最高电压、切除单相 定避雷保护水平用的被保护设备的额定雷电冲击耐 极地故障时间系数、持续运行电压和暂时过电压。 表１ ｌＯｋＶ电压等级以上常见设备的雷电冲击耐受电压（ｋＶ） 系统标称电 系统最高电 额定雷电冲击（内、外绝缘）耐受电压（峰值） 压（有效值） 压（有效值） 变压器 并联电抗器 耦合电容器、 高压电力 高压电器 母线支柱绝 电压互感器 电缆 缘子 １０ １２ ７５ ７５ ７５ ７５ ７５ ７５ ３５ ４０．５ １８５ １８５ １８５ ２００ １８５ １８５ ４５０ ４５０ ４５０ ４５０ １ｌ０ １２６ ４５０ ４５０ ５５０ ５５０ ５５０ ５５０ ８５０ ８５０ ８５０ ８５０ ８５０ ９３５ ２２０ ２５２ ９５０ ９５０ ９５０ ９５０ ９５０ ９５０ 施加在避雷器端子间的工频电压有效值。对于无间 ３避雷器额定电压的选取 隙金属氧化物避雷器，运行电压直接作用在避雷器 避雷器的额定电压是施加在避雷器端子间的 的电阻片上．这样会引起电阻片的劣化，因此为了保 最大允许工频电压有效值，按照此电压设计的避雷 证一定的使用寿命，允许长期作用在避雷器上的电 器能保证在所规定的动作负载试验中的暂时过电 压（一般为运行电压）不得超过避雷器的持续运行电 压下正确动作。它是表征避雷器运行特性的一个重 压，以免引起电阻片的过热和热崩溃。避雷器的持续 要参数。由于电力系统的标称电压是该系统相问电 运行电压一般相当于额定电压的７５％一８０％。无间隙 压的标称值，而避雷器一般安装在相对地之间，正 金属氧化物避雷器的额定电压可按式（１）选取： 常情况下，避雷器上加载的是相电压和暂时过电 Ｕｒ￣＞ｋＵｔ （１） 压，所以它不等同于系统的标称电压，与其他设备， 上式中：ｋ是切除单相接地故障时间系数；ｌＯｓ 如变压器、断路器铭牌上标称的额定电压有着不同 及以内切除的，ｋ＝ｌ；ｌＯｓ以上切除的，ｋ＝１．２５～１．３（ｋ＝ 的含义。 １．２５主要用于保护绝缘较弱设备时采用） Ｕｔ＿是暂 在相同的系统标称电压下，避雷器的额定电压 时过电压（有效值），它与系统最高电压Ｕｍ有一定 选的越高，在运行时通过避雷器的泄漏电流越小， 的比例关系。 对减轻避雷器的劣化有利，可以提高运行可靠性， 所以，避雷器的额定电压一般选取原则是：只 但另一方面，避雷器的额定电压选的高了。其相应 要满足与被保护设备之问的绝缘配合系数。避雷器 的残压值也提高了，在同样的绝缘水平下。其保护 的额定电压可以选的高一些。避雷器额定电压取值 裕度将降低，起到保护作用也将大打折扣，所以必 应能承受所在系统的暂时过电压和操作过电压。不 须选择合适的额定电压，才能保证避雷器真正的起 低于持续运行电压。 到保护设备的作用。 按照中性点接地方式。系统可分为：直接接地 另外，避雷器持续运行电压（Ｕｃ）是允许持久地 和非直接接地两种，对应的暂时过电压取值见表２。 表２暂时过电压和避雷器额定电压推荐值（ｋＶ）（有效值） 接地方式 非直接接地 直接接地 系统标称电压 １Ｏ ３５ １Ｏ ３５ １１０ ２２０ ｌＯｓ以上切除 ｌＯｓ及 ．内切除 系统最高电压（Ｕｍ） １２ ４０．５ １２ ４０．５ １２６ ２５２ 避雷器上的持续运 行电压（Ｕｃ） （非故障相）１．１Ｕｍ Ｕｍ ＞Ｕｒｎ／、／３ ＞Ｕｒｎ／、／３ ＞Ｕｒｎ／、／３ ＞Ｕｒｎ／、／３ 暂时过电压（Ｕｔ） １．１Ｕｍ Ｕｉｎ １．１Ｕｍ Ｕｍ １．４Ｕｒｎ／、／丁 １．４Ｕｒｎ／、／丁 切除单相接地故障 的时间系数 １．２５－－１．３ １．２５￣１．３ ｌ １ １ １ 推荐选用的避雷器 额定电压（Ｕｒ） １６．５—１７．１６ ５０．６２５—５２．６５ １３ ４２ １０２ ２０４ ２００８年第３期 河南电力 １９ 若按《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导 非故障相电压可能会比线电压还高；１０ｓ以内切除 故障应该是对电阻接地以及相间故障而言。对于河 南电力系统１０ｋＶ和３５ｋＶ系统而言，我们在选取 １０ｋＶ和３５ｋＶ避雷器额定电压值时，应考虑１０ｓ以 则）ＤＬ／Ｔ８０４—２００２表６推荐值，ｌＯｋＶ避雷器额定电 压选１７ｋＶ；３５ｋＶ避雷器额定电压选５４ｋＶ。 ４避雷器的标称放电电流的选取 避雷器的标称放电电流分：ｌｋＡ、１．５ｋＡ、２．５ｋＡ、 外切除故障的情况。 （１）保护１０ｋＶ母线和出线单元的避雷器，故障 后，１０ｓ内不能切除，其额定电压应为：ｋＵｍ，ｋ为时 ５ｋＡ、１０ｋＡ、２０ｋＡ共６个等级。确定避雷器的额定电 压后，对照《交流电力系统金属氧化物避雷器使用 间配合系数；即（１．２５～１．３）Ｕｍ即（１．２５～１．３）ｘ１２＝ 导则）ＤＩ：ｒ８０４—２００２表４：避雷器分类表，可查出相 应的避雷器标称放电电流等级。一般保护１１０ｋＶ～ ２２０ｋＶ设备的避雷器选１０ｋＡ：保护３５ｋＶ以下设备 的避雷器选５ｋＡ：变压器中性点避雷器选１．５ｋＡ。 另外，还有一点可共讨论：在确定避雷器的标 称放电电流时，按照《交流无间隙金属氧化物避雷 器）ＧＳｌ１０３２—２０００附录Ｋ给出的各标称放电电流 等级的避雷器每单位额定电压下典型的最大残压范 围，用各设备额定雷电冲击电流耐受电压值除以１．４ 得到允许的最大残压值，再除以相应电压等级下选 定的避雷器的额定电压值得到一个比值（这个比值 为允许的最大值），在附录Ｋ中，查出相应的额定电 压和雷电冲击保护水平栏中对应的最相近的放电电 流等级，也可得到选定的避雷器标称放电等级。 ５避雷器雷电过电保护水平的选取 避雷器是否能起到对被保护设备的过电压保护 作用，取决于避雷器的保护水平，它是电力系统过电 压保护和绝缘配合的一个基本参数。无间隙金属氧 化物避雷器的保护水平完全由它的残压来确定，避 雷器的雷电过电压保护水平较操作过电压保护水平 高，这里只讨论雷电过电压保护水平的选取。 按照《高压输变电设备的绝缘配合）ＧＢ３１１．１— １９９７查出被保护设备的额定雷电冲击耐受电压值 除以相应的雷电过电压配合系数得到保护该设备 的避雷器雷电冲击电流下允许的最大残压值（即避 雷器的雷电过电压保护水平），该值在允许范围内。 取值越小，保护效果越好。避雷器与被保护设备之 问的雷电过电压配合系数一般应满足：ＫＣ≥１．４：中 性点设备取ＫＣ≥１．２５。在确定避雷器的额定电压和 标称放电电流后．可根据《交流无间隙金属氧化物 避雷器）ＧＢ１１０３２—２０００中表６：典型电站和配电用 避雷器参数选定。 ６各电压等级典型避雷器选型举例 对１０ｋＶ、３５ｋＶ系统。由于中性点基本采用消弧 线圈接地方式，发生单相接地时，允许运行２小时， （１６．５ １７．１６）ｋＶ，查ＧＢＩ１０３２—２０００，额定电压可取 １７ｋＶ，标称放电电流取５ｋＡ；１０ｋＶ高压电器雷电冲 击耐压值为７５ｋＶ：配合系数取１．４，７５／１．４＝６０ｋＶ；即 雷电冲击电流残压不得超过６０ｋＶ。母线上避雷器的 残压选择时，保护水平按照逐级配合原则，选择较 低值：ＹＨ５ＷＺ一１７／４０．５；保护１０ｋＶ出线单元的避雷 器应为：ＹＨ５ＷＺ一１７／４６；１０ｋＶ配电线路可选： ＹＨ５ＷＳ一１７／４６或ＹＨ５ＷＳ—ｌ７，５Ｏ。 （２）保护１０ｋＶ并联电容器避雷器，额定电压应 选取较小的时间配合系数：１．２５ｘ１２＝１６．５ｋＶ；因其开 关投切较为频繁。电容器避雷器的保护水平应主要 考虑操作过电压下的绝缘配合，其残压值选择较低 值，应选用ＹＨ５ＷＲ一１ ６．５／４０．５的避雷器。 （３）保护３５ｋＶ母线和出线单元的避雷器，故障 后，１０ｓ内不能切除，其额定电压应为：ｋＵｍ，即 （１．２５—１．３）ｘ４０．５＝（５ｏ．６２５～５２．６５）ｋＶ，查ＧＢ１１０３２— ２０００，额定电压取５２．７ｋＶ，标称放电电流取５ｋＡ； ３５ｋＶ高压电器雷电冲击耐压值为１８５ｋＶ；配合系数 取１．４，１８５／１．４＝１３２ｋＶ：即雷电冲击电流残压不得超 过１３２ｋＶ，所以保护３５ｋＶ母线的避雷器应为： ＹＨ５ＷＺ一５２．７／１２８：保护３５ｋＶ出线单元的避雷器应 选：ＹＨ５ＷＺ一５２．７／１３２；３５ｋＶ线路避雷器应根据实际 参数计算后，选取线路型的。 （４）保护１１０ｋＶ设备的避雷器，故障后，１０ｓ内 能切除，其额定电压应为：１．４ Ｕｍ／Ｖ￣３。即１．４ｘ１２６／ 、／３＝ｉ０１．８４ｋＶ，查ＧＢ１１０３２—２０００，额定电压取 １０２ｋＶ，标称放电电流取１０ｋＡ；ｌ１０ｋＶ高压电器雷电 冲击耐压值为４５０ｋＶ；配合系数取１．４，４５０／１．４＝ ３２１ｋＶ；即雷电冲击电流残压不得超过３２１ｋＶ，查 ＧＢ１１０３２—２０００，取２６６ｋＶ。所以保护ｌ１０ｋＶ设备的 避雷器应为：ＹＨ１ＯＷＺ一１０２／２６６。 （５）保护２２０ｋＶ设备的避雷器，故障后，ｌＯｓ内 能切除，其额定电压应为：１．４ Ｕｍ／、／３，即１．４ｘ２５２／ 、／３＝２０３．６９ｋＶ。查ＧＢ１１０３２—２０００，额定电压取 ２０４ｋＶ．标称放电电流取１０ｋＡ；２２０ｋＶ高压电器雷电 冲击耐压值为９５０ｋＶ； （下转第２９页） ２００８年第３期 河南电力 ２９ ＪＪＦ１０３３—２００１《计量标准考核规范》来认真执行，在 合要求。不能弄虚作假，一旦发现弄虚作假将可能 此仅简单提出几点应注意的事项： 终止计量授权考核工作。 （１）标准装置的期间核查和重复性、稳定性测 试工作一定要认真开展，并做好记录。 ４结束语 （２）保证计量标准器具及配套设备齐全、状况良 ．计量授权考核工作只是计量标准化管理工作 好，并具有有效证书。特别要提到的是耐压试验装 的一个起点，而计量质量管理体系的运行和持续改 置、温湿度计、时钟校验仪等设备均要有有效的检定 进则是一项长期的、艰巨的任务，通过近段时间的 证书．此外对实验室的接地电阻也要进行测试。 工作，我们认为在体系运行过程中我们要反复实 （３）实验室环境条件要严格控制，必须满足规 践、磨合调整，认真总结和分析体系运行中暴露的 程要求。 问题，加强内部沟通，使机构内的所有人员对管理 （４）建立完善的计量管理制度和计量标准技术 体系运行的有效性达成共识，并要注意体系符合 档案。 性、有效性证据的收集。最终通过分析和总结，使管 （５）需要准备和提交的资料，计量标准考核（复 理体系在持续改进过程中得以完善。此外，我们还 查）申请书、计量标准技术报告、最后一次计量标准 要认识到在任何情况下机构的管理体系都有存在 考核证书复印件。 不足并有持续改进的可能．因此，我们应当通过内 （６）检定装置履历书中对标准器、装置及配套 部审核、管理评审等自我完善机制，不断寻找改进 设备的检定及调整、故障维修一定要及时填写，对 的途径和方式，通过努力实现新的目标。 以上器具计量误差和计量特性有影响的修理，除记 参考文献 录在案（标准器应提供修理前及修理后的检定证 【１】陈向群等．《电能计量质量管理体系及计量授权》．中国电 力出版社． 书）及时填写履历书外，还要对装置进行检定或比 对，确定检定装置的误差在允许范围内。 ［２］ＪＪＦ１０６９—２００７（￣－定计量检定机构考核规范》实施指南．中 国计量出版社 （７）对计量授权考核一定要充分重视，装置运 行要可靠、正确，数据要真实、准确，资料要全面、符 收稿日期：２００８—０４—０１ ”●…・●…－●…・●…・●…・●…－●…・●…・●…・●…・●…・●…，●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・● （上接第１９页） 配合系数取１．４，９５０／１．４＝６７８ｋＶ：即雷电冲击电流 水平为４００ｋＶ；配合系数取１．２５，４００／１．２５＝３２０ｋＶ；即 残压不得超过６７８ｋＶ，查ＧＢ１１０３２—２０００．取 雷电冲击电流残压不得超过３２０ｋＶ。所以保护２２０ｋＶ ５３２ｋＶ。所以保护２２０ｋＶ设备的避雷器应为： 主变中性点的避雷器应为：ＹＨ１．５Ｗ－１４４／３２０。 ＹＨ１０ＷＺ一２０４／５３２。 （６）保护１１０ｋＶ变压器中性点的避雷器，其持 ７结论 续运行电压最高为相电压，所以其额定电压应为： 避雷器的选择一定要根据被保护设备而选定， Ｕｍ／Ｖ３，即１２６／￣／３＝７２．７４ｋＶ，查ＧＢ１ １０３２—２０００， 不能呆板的套用。特别是变电站内１０ｋＶ～３５ｋＶ系统 额定电压取７３ｋＶ，标称放电电流取１．５ｋＡ；１１０ｋＶ绝 用的避雷器额定电压和残压值选取应根据被保护 缘水平为２５０ｋＶ；配合系数取１．２５，２５０／１．２５＝２００ｋＶ； 对象不同而进行具体选择。 即雷电冲击电流残压不得超过２００ｋＶ。所以保护 参考文献： ［１《高压输变电设备的绝缘配合）ＧＢ３１１．１］１—１９９７ １１ｏｋＶ主变中性点的避雷器应为：ＹＨ１．５Ｗ一７３／２ｏ０。 【２】《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合）Ｄｔ．ＪＴ６２０—１９９７ （７）保护２２０ｋＶ变压器中性点的避雷器，其持续 ［３］《交流无间隙金属氧化物避雷器）ＧＢ１１０３２—２０００ 运行电压最高为相电压，所以其额定电压应为：Ｕｍ／ 【４］《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则》ＤＩ＿，ｒ８０４＿２ｏ０２ 、／３，即２５２／，，／３＝１４５．４９ｋＶ，查ＧＢ１１０３２—２０００，额 定电压取１４４ｋＶ。标称放电电流取１．５ｋＡ；２２０ｋＶ绝缘 收稿日期：２００７—１２—０３
