氧化锌避雷器接线方式及参数选择

并联电容器装置中金属氧化锌避雷器几种接线方式及其

主要技术参数和型号选择

金属氧化物避雷器，英文名为Metal Oxide Arrester，简称MOA。无间隙金属氧化物雷器，指仅有金属氧化物非线性电阻片相串联和（或）并联、无并联或串联放电间隙所组成的避雷器，是用以保护电气设备免受各种过电压危害的保护设备。

电力系统中过电压是由雷击、开关操作或故障等引起的，可分为三大类：暂时过电压，操作过电压，雷电过电压（或大气过电压）。MOA是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电阻），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装MOA后，当产生过电压时，高电压使压敏电阻击穿，电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。为了使避雷器能可靠地保护电气设备，要求避雷器的伏-安特性在电气设备的伏-安特性下面，当系统产生过电压时，电容器两端电压升高，避雷器动作，将电容器两端的电压限制在避雷器保护水平以下。目前氧化物避雷器阀片的主要成分是氧化锌，所以也常称之为氧化锌避雷器。

目前使用的避雷器有瓷套式和复合外套两种，复合外套避雷器的外套材料选用的主料是甲基乙烯基硅橡胶。复合外套避雷器和瓷套式避雷器相比，具有以下特点：（1）重量轻，体积小；（2）避雷器的耐污性能好，利用硅橡胶外套的憎水性，提高了避雷器的外绝缘性能，减轻了装置的维护工作量；（3）避雷器的防爆性能好，采用环氧玻璃丝筒和硅橡胶材料制成的复合外套，有利于释放避雷器故障时的内部压力，避免了避雷器爆炸对其它设备的危害。因此，现在常选用复合外套氧化物避雷器。

复合外套氧化物避雷器型号说明如下：

□□□□□—□/ □□

附加特性代号

标称放电电流下残压

避雷器额定电压

设计序号（用阿拉伯数字表示）

使用场所

结构特性

标称放电电流

产品型式

产品型式：Y—瓷套式氧化物避雷器

YH—复合外套氧化物避雷器

结构特征：W—无间隙C—串联间隙B—并联间隙

使用场所：S—配电型Z—电站型B—并联电容器用

D—电机用T—电气化铁道用X—线路型

附加特性：W—防污型G—高原型TH—湿热带地区用

根据避雷器安装地区的污秽情况，按标准GB/T5582选用避雷器外绝缘污秽等级。污秽等级分为4级，规定了外套最小公称爬电比距的要求：

Ⅰ级轻污秽地区为17mm/kV；

Ⅱ级中等污秽地区为20mm/kV；

Ⅲ级重秽地区为25mm/kV；

Ⅳ级特重污秽地区为31mm/kV。

避雷器的术语：

），允许持久地施加在避雷器端子间的工频电压有效值。

持续运行电压（U

c

），施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值。

额定电压（U

r

），用来划分避雷器等级的，具有8/20波形的雷电冲击电流峰值。

标称放电电流（I

n

），放电电流通过避雷器时其端子间的最大电压峰值。

残压（U

res

），避雷器在1mA直流参考电流下测出的避雷器上的电压。一般不小直流1mA参考电压（U

1mA

时，通过避雷于避雷器额定电压峰值。直流1mA电压通常又称为转折电压。当端电压小于U

1mA

时，避雷器电流迅速增大，且以阻性分量为器电流很小，以容性分量为主，当端电压大于U

1mA

主。

荷电率（η），持续运行电压的峰值与直流1mA参考电压的百分比。荷电率的高与低直接影响避雷器的老化速度，一般小于80%。

避雷器的标称放电电流I n是波形为8/20μs用以划分其等级类别的重要参数。有1.5、2.5、5、10、20kA等五级，前三级分别与中性点、电机避雷器、电容器避雷器相对应，电站避雷器则分为后三级。

保护特性：

MOA的保护特性，完全由它的残压确定。一般残压与避雷器的额定电压成比例。对于某一额定电压的MOA，其残压是通过避雷器电流的函数。

保护特性由以下各项组合：

a）陡波电流冲击下残压；

b）雷电冲击电流下残压；

c）操作冲击电流下残压。

避雷器的操作冲击保护水平是规定的操作冲击电流下的最大残压。

并联电容器装置中金属氧化锌避雷器主要限制操作过电压，系统母线避雷器8/20μs雷电冲击残压主要限制大气过电压

避雷器在操作过电压下的保护特性，规定进行操作冲击电流下的残压试验，实验的视在波前时间为30μs但小于100μs，视在波尾半峰值时间约为视在波前时间2倍的放电电流峰值，因为操作冲击电流的波前时间在30～100μs范围内，对残压值无明显影响。电流幅值则按不同电压等级规定不同的数值（GB11032-2000中8.3.3表14并联补偿电容器用避雷器操作冲击电流峰值取125A及500A）。

电容器组的操作过电压有可能是：

（1）合闸过电压；

（2）非同期合闸过电压；

（3）合闸时触头弹跳过电压；

（4）分闸时电源侧有单相接地故障或无单相接地故障的单相重击穿过电压；

（5）分闸时两相重击穿过电压；

（6）断路器操作一次产生的多次重击穿过电压；

（7）其他与操作电容器组有关的过电压。

从试验数据中可以看出，分闸操作时的过电压是主要的，其中分闸过电压又主要出现在单相重击穿时，两相重击穿和一次操作时发生多次重击穿的几率均很少。

避雷器的主要参数的选择：

GB50227-1995 并联电容器装置设计规范中：

高压并联电容器装置的操作过电压保护和避雷器接线方式，应符合下列规定：

1. 高压并联电容器装置的分组回路，宜设置操作过电压保护。

2. 当断路器仅发生单相重击穿时，可采用中性点避雷器接线方式（图A.0.4-1），或采用相对地避雷器接线方式（图A.0.4-2）。

3. 断路器出现两相重击穿的概率极低时，可不设置两相重击穿故障保护。当需要限制电容器极间和电源侧对地过电压时，其保护方式应符合下列规定：

（1）电抗率为12%及以上时，可采用避雷器与电抗器并联连接和中性点避雷器接线的方式（图A.0.4-4）。

（2）电抗率不大于1%时，可采用避雷器与电容器并联连接和中性点避雷器接线的方式（图

A.0.4-3）。

（3）电抗率为4.5%～6%时，避雷器接线方式宜经模拟计算研究确定。

3～66kV为不接地系统，接于此系统中的电容器组的中性点均未接地。因此，在开断电容器组时如发生单相重击穿，电容器组的电源侧（高压端）对地可能出现超过设备对地绝缘水平的过电压，如在电抗率K=0时的理论最大值为5.87倍相电压，而且，随K值增大，过电压呈上升趋势；在电源侧有单相接地故障时产生的单相重击穿过电压远高于无接地情况。因此，对单相重击穿过电压应予以限制。对于操作较为频繁的真空断路器，应考虑发生单相重击穿的可能性。

根据国内已作的试验研究，使用无间隙金属氧化物避雷器限制单相重击穿过电压时，避雷器接线方式可采用图A.0.4-1或图A.0.4-2。在运行中，曾多次发生相对地避雷器的爆炸事故。因此，武汉高压研究所和东北电力实验研究院都在自己的研究报告中提出了中性点避雷器的保护方案，并建议以此替代传统的相对地保护方案。报告中分析认为，中性点避雷器有下列优点：

（1）正常运行时荷电率接近0，负担轻松，仅在电源侧有单相接地故障情况下荷电率较高。中性点避雷器长期在接近于0的电压下运行，使避雷器电阻片可以得到自恢复，

大大延缓避雷器的老化速度，从而减少避雷器的损坏事故，对电网和电容器组的安

全运行均为有利；

（2）使用的避雷器数量少，最经济；

（3）避雷器接在中性点，万一发生爆炸事故，不会形成相间短路事故，事故影响面小。

但需指出，当电源侧有单相接地故障时开断电容器组发生了单相重击穿，采用中性点避雷器保护方式尚难于达到绝缘配合要求，还需作进一步的试验研究，寻求解决办法。因此，中性点避雷器的使用条件还要局限于不考虑电源侧有单相接地故障时的重击穿，或对运行条件加以限制：电源侧有单相接地故障时不能作停运电容器组的操作。

还需指出，试验研究中的数据表明，电源侧有单相接地时的单相重击穿，对电容器的极间无影响；两相重击穿时的过电压也不受单相接地的影响，这也是确定避雷器参数的依据之一。

图A.0.4-2接线方案比较简单，可限制单相重燃时的相对地过电压和电容器组中性点过电压。避雷器的持续运行电压按系统最高相电压选择。该方案对避雷器的特性要求高，当发生一相接地时，要求非接地相的两台避雷器能通过三相电容器积累的过电压能量。另外相间过电压的水平是由两只避雷器对地残压之和来决定的。

当开断电容器组时断路器发生两相重击穿，则电容器极间过电压可达2.87倍及以上，超过了电容器的相应绝缘水平，应予以保护。这种过电压保护的避雷器接线方式，可采用附录A中的图A.0.4-3或图A.0.4-4，但电抗率K为4.5%～6%时，需根据具体工程的特定条件进行模拟计算研究确定。

图A.0.4-1 中性点避雷器接线图A.0.4-2 相对地避雷器接线

图A.0.4-3 避雷器与电容器并联连接图A.0.4-4 避雷器与电抗器并联连接

和中性点避雷器接线和中性点避雷器接线

西安神电避雷器有限公司根据西安ABB电力电容器有限公司提供的产品样本，计算并联电容器组用MOA的主要技术参数及型号。

举例说明如下：

TBB10-6012/334-BLW用MOA参数

（10kV电力系统用并联电容器的额定电压为11/√3 kV）算得每相电容为158.2μF。

A. 图

B.0.4-1接线：

计算公式（经验公式）：极间MOA

操作电流下残压：U

5kA ≤√2×2.15U

N

U

N

：电容器额定电压

持续运行电压：U

c ≥（1+X

L

/X

C

）U

N

1mA直流参考电压：U

1mA ≥√2 U

c

/ηη：MOA荷电率取0.75

长持续时间（2ms方波）冲击电流：I

Y =（U

—U

5kA

）C/T

式中：U

：预期过电压峰值，取3.15p.u C：每相电容器（μF）T：操作电流持续时间取2 ms。

L型MOA：2ms方波电流 I

L =（2.1～2.3）C0.73√2 U

N

U 1mA ≥（1.05√2U

e

/√3）/η U

e

：系统额定电压

注：括号内为计算值（下同）

MOA型号：单只型号HY5WR-9/19+HY5WR-8/17—900A（3只+1只）

B. 图B.0.4-2接线：

普通型（三星接线） 2ms方波电流 I=1.6C0.643√2 U

N

=377A 取400A 型号为：HY5WR-17/35 或 HY5WR-15/31.5

L型MOA：U

r =1.38 U

m

/√3=1.38×11.5/√3=9.16 kV 取9 kV

U 1mA =（1.05√2 U

N

/0.75）×1.25=15.7kV 取16 kV U

5kA

=16×1.5=24 kV

型号为：HY5WR-9/24—900A 1只C. 图B.0.4-3接线：普通型MOA 型号为：HY5WR-17/35 400A

图B.0.4-1

图B.0.4-2

图B.0.4-3

说明：据了解，图B.0.4-2接线方式运行经验不多，此接线不能有效限制电容器极间过电压，但可减少两相重燃过电压的概率。

无功补偿装置专家工作组在电力电容器标准宣讲及无功补偿装置运行经验研讨会上，《提高电力电容器运行可靠性的若干措施》（征求意见稿）中，提出停止使用四避雷器接线方式（3支星接后经第4支接地），原因叙述为：由于运行条件下中性点基本为零电位，因此，三支星接避雷器直接承受着系统电压作用。若避雷器额定电压选低了，避雷器荷电率过高，易损坏；选高了，因导通时还要叠加中性点避雷器残压，将使残压过高而起不到保护作用。再者，中性点避雷器与星接避雷器作用是重叠的，并不能保护极间过电压，用在一起反将保护性能变差，因此应改为3支接地方式。

（广东省珠海电力设计院文件确定，中性点经小电阻接地系统，三星接线避雷器选为

12/32.4；中性点不接地或经消弧线圈接地系统，避雷器选为17/45。）

参考文献：

GB50227-1995 并联电容器装置设计规范

GB 11032-2000 交流无间隙金属氧化物避雷器

DL/T804-2002 交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则

彭济南，叶德平，杨莜安. CJB-10交流系统用并联补偿电容器极间过电压综合保护器. 电瓷避雷器 2003年第1期

配合系数

按惯用法衡量绝缘配合程度时，设备的绝缘水平与避雷器的保护水平之间应有裕度，称之为，其数值为被保护设备的绝缘水平除以避雷器的保护水平。

配合系数k

s

按GB311.1的规定：操作过电压的配合系数 k

＞1.15

s

污秽等级划分

典型环境举例