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电力论文:从 INMR全球电力会议 看避雷器的发展趋势(一)

July 1, 2015 • Arresters / 避雷器, Columns, 最近文章汇总

摘要:结合 2011年 INMR全球电力会议的相关论文对避雷器的现状和研究进展进行了综述。介绍了线路避雷器的技术进展、避雷器的监测、避雷器的应用开发与 IEC60099-4和 IEC600995两个标准的修订情况。新发布的 IEC60099-8明确了外串间隙线路避雷器(EGLA)的试验项目和试验方法,促进了其应用。避雷器将用在绿色能源发电的长距离输电线路、特高压交直流输电线路及洲际连接电网上。避雷器将向着小型化、硅橡胶外套代替瓷外套、较高的能量吸收能力、使用高梯度电阻片和更长的使用寿命等方向发展。随着电网的智能化,对避雷器的监视服务将成为强制性的,而不仅仅只是针对重要领域。随着人们对智能电网概念的认识和避雷器运行状况监测器价格的降低,其安装数量将会成倍增加。多重灭弧室避雷器和多重灭弧室绝缘子避雷器因其优异的性能价格比会对传统的线路避雷器的市场产生冲击,这种新型的线路避雷器值得我们关注。 关键词:避雷器;避雷器的监测;外串间隙线路避雷器 (EGLA);多重灭弧室系统 (MCS);高能电阻片;集成避雷器 中图分类号: TM862文献标识码: A Development Trends of Arresters from INMR World Congress WANG Lan-yi, ZHAO Dong-yi, HU Shu-hui, XU Xue-ting, FAN Chong (Nanyang Jinguan Electric Co., Ltd., Nanyang 473057, China) Abstract: The current situation and research development of arresters are reviewed combined with the reference papers of 2011 INMR World Congress. The technical development of line arresters, monitoring of arresters, application development of arresters, revision condition of standards of IEC 60099-4 and IEC 60099-5 are introduced. Test items and test methods of externally gapped line arresters (EGLAs)are stipulated in newly issued IEC 60099-8, which promotes the application of EGLA. Arresters will be applied in long transmission lines from green energy generation, UHV AC and DC transmission lines and internationally linked grids. Smaller designs and constructions, replacement of porcelain by silicone, higher energy absorption capability, application of high gradient ZnO blocks, longer life time are the trends of surge arresters. With the development of smart grid, the condition monitoring of surge arresters will probably become mandatory, and not only for critical areas. With the realization of smart grid concept and the reduction of arrester monitor price, the installation numbers of these monitors will increase tenfold. Multi -chamber arresters and insulator -arresters will impact the 作者简介:王兰义(1967—),男,博士,主要从事电子陶瓷及金属氧化物避雷器的研究与开发。 2011年第 5 期 电 瓷 避 雷 器 (总第 243 期) market of traditional line arrester as their excellent ratio of performance to cost, the latest type of line protection arresters should deserve our attention. Key words: arresters; monitoring of arresters; externally gapped line arrester(EGLA); multi-chamber system (MCS); high energy metal oxide varistors; integrated arresters 0引言 由 INMR杂志主办的 2011年绝缘子、避雷器、套管及电缆附件全球会议于 2011年 4月 17—20日在韩国首都首尔举行,我公司董事长樊崇先生和公司技术中心的王兰义博士应邀参加了本次盛会。 INMR全球电力会议 每两年举办一次,它包括技术研讨会和电力产品展会两部分,主要介绍绝缘子、避雷器、套管及电缆附件的最新技术进展和展示该领域的最新产品,是目前世界上该领域最为专业的行业会议。参加今年的 INMR全球会议的注册代表共计 400多人,共有 60多个专家在技术研讨会上做了 70多个学术报告,有关避雷器的内容主要涉及线路避雷器、避雷器标准、使用高能电阻片对避雷器设计的优化、避雷器的智能监测、避雷器的新应用及将来发展方向等 14篇论文。同时来自世界 20多个国家的近 70家公司参与了同时举办的电力产品展会,展示的产品代表了绝缘子、避雷器、套管及电缆附件的最新成果和最高水平。参加本次会议的电力产品展会的避雷器制造厂家主要有美国的合宝电力公司、库柏公司和麦克林公司、德国西门子公司、瑞典与瑞士的 ABB公司、韩国的 DTR公司、法国的 Tridelta公司及俄罗斯 Streamer公司等。笔者重点介绍 INMR全球会议及其文章中讨论的有关避雷器的一些热门问题。 1线路避雷器的技术进展 1.1线路避雷器的应用 线路避雷器 (line arrester)通常是适用于电力线路以降低瞬态雷电冲击时绝缘子闪络危险的一种避雷器。安装线路避雷器可以减少或消除线路雷击跳闸率,改善系统的稳定性,同时它可为紧凑型输电线路的建设和电压等级的升级等项目提供有力的保障[1]。线路避雷器的分类办法有许多种,可按外套材料、电压等级及功能分类,但最重要的是无间隙线路避雷器 (non gapped line arrester, NGLA)和带外串联间隙线路避雷器(externally gapped line arrester,EGLA)之间的差别[2]。截至到 2010年,我国已研究制造出多种类型 110~500 kV线路避雷器,据不完全统计,至少有 10万相线路避雷器在系统中运行,收到了良好的效果。到 2009年 3月止, EGLA在日本的总安装量为 351 000相,这一数据大约是 10年前的四倍[1]。线路避雷器可显著提高 1 000 kV交流输电线路的耐雷水平,减少雷击跳闸事故[3]。 为了改进电力质量,输电线路避雷器的优化使用的分析应该利用该地区的落雷密度和土壤电导率的变化。在绝缘配合计算中,应该考虑到塔对塔的土壤电导率、电阻率和杆塔基础电阻等的变化具有对数正态分布,其标准差的值可大到那些与诸如绝缘子污秽水平、覆冰厚度或降水电导率等自然风险相关的数值。简化的方法可适合在 1%~99%有限概率范围内的对数正态分布的近似计算[4]。 安装在结冰和下雪地区的线路避雷器要面临着一些异常的问题。当避雷器外套的干弧距离被冰桥接时,避雷器的外部均压环不能够消除沿干弧距离间的闪络。对于覆冰情况,需要仔细评价在污秽条件下的避雷器的重复放电的建议测试方法,因为对交流源的冲击电压保护需要增加串联电感以至于可能影响重新放电过程的性质。覆冰的堆积带来了一些新的需要解决的机械挑战,包括避雷器摆动频率与覆冰导线的扭转舞动频率之间的配合。被考虑用于适中的落雷密度地区的避雷器可能要面临低温(-50 ℃)、覆冰、高平均土壤电阻率及杆塔与杆塔之间接地电阻的变化大等一系列问题,这些要影响大振幅瞬时电流和电荷的能量分摊。对低温条件下运行的避雷器要小心安装,使其不对已安装的风力防振锤产生影响[5]。 图 1为下层回路的线路避雷器的照片。当不同电压的两条架空线路使用共同的杆塔时,那么两条线路有可能相互接触。如果这种情况在生,低压线路上的设备和部件有可能产生损坏和故障,这会影响到电力公司和终端用户。这是因为当两条线路相互接触时,低压线路的电压将会上升,直至避雷器过载并切断它们的连接 (假设断路装置也安装在设备上 )。 J 2011 从INMR全球会议看避雷器的发展趋势_img_2 电力论文:从 INMR全球电力会议 看避雷器的发展趋势(一) 电力论文:从 INMR全球电力会议 看避雷器的发展趋势(一) J 2011    INMR                                        img 2 如果避雷器采用如今的聚合物外套设计,则避雷器有可能发生短路直到它们被断开,但如果避雷器采用瓷外套则甚至有可能产生爆炸。两种情况下,低压线路在初始状态中都可以得到保护。但是,如果高压线路具有合闸操作的功能,低压线路的电压又会迅速上升到可能引起损坏的电压水平,因为这时配电避雷器已经有效地脱开。使用坚固的避雷器来限制暂时的电压升高,一旦发生故障,系统发生短路,避雷器仍保留在线路上直到所有的电源被切断。这种 “牺牲式 ”的避雷器只发挥一次性的保护作用,然后被更换,这就是下层回路线路避雷器的工作原理。满足这类应用标准的理想避雷器是电站用复合外套避雷器,将这个聪明的解决方案用于持续过电压保护,即可以为用户节省很多钱,还可以减少将宝贵的人力资源消耗在替换损坏设备的工作上,这是一个说明利用避雷器达到绿色环保的例子[6]。 - 1.2线路避雷器的最新标准 今年年初颁布的 IEC 60099-8避雷器 -第 8部分 1 kV以上交流系统架空输配电线路带外部串联间隙的金属氧化物避雷器 (EGLA)是全球第一个针对 EGLA的标准,它定义了试验项目和试验方法。这是一个巨大的进步并给该避雷器的用户和制造商带来了挑战和机遇。其主要贡献在于对 EGLA的定义尤其是测试的共同依据的设置,因为 EGLA与用作线路避雷器或标准电站避雷器的无间隙避雷器有很大的差别。以下是有关 EGLA一些较重要或者是新的定义和术语: SVU-串联电阻片单元; UrEGLA的额定电压; UresEGLA-EGLA的残压; UresSVU SVU的残压; Ifollow -续流[2]。 由于具有串联间隙, EGLA的外套和电阻片不会像标准的无间隙避雷器那样受到电压的作用。基于这种特性,以及考虑到它是用来保护处于自恢复绝缘的空气中的绝缘子,决定省略几个常规要求的试验项目,包括操作冲击过电压、陡波和操作冲击电流下的残压、热稳定性、长持续时间冲击电流耐受能力、避雷器工频电压与时间特性、脱离器试验及在工频电压下的老化能力。同时,该标准引入了避雷器领域中两个全新的非常有趣的试验项目。第一个是最小冲击火花放电试验,这是一个验证性试验,其目的是为了保证避雷器间隙在一个足够低的电压水平下放电,从而确保并联的绝缘子绝不会首先发生闪络。第二个试验在绝缘子行业中很普遍,但在避雷器领域还是首次使用,是一项污秽试验,在试验中要考虑避雷器的形状系数。该试验用来确定在污秽条件下,冲击电压一旦结束后,避雷器的间隙电弧在施加的交流电压过零点时将会熄灭[7]。 王兰义,赵冬一,胡淑慧,徐学亭,樊崇 (南阳金冠电气有限公司,河南南阳 473057)

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