[发明专利]一种开关控制型金属氧化物避雷器

说明书

本发明提供一种开关控制型金属氧化物避雷器，避雷器的高压端通过输电导线与断路器相连，其低压端接地；断路器在控制系统的控制下进行分合闸操作；避雷器包括竖直方向依次串接的单元节，单元节包括外部的绝缘套管和安装在绝缘套管内的金属氧化物电阻片；避雷器的底部单元节两端并联有控制单元，控制单元包括快速开关和连接快速开关的控制器；控制系统在向断路器发送合闸或分闸命令前，先向控制器发送控制信号，使控制器触发快速开关合闸，快速开关合闸后，底部单元节被短接。本发明提供的避雷器可在维持现有避雷器用金属氧化物电阻片性能参数不变的基础上，降低避雷器残压，提高避雷器的保护水平和抗震性能，取消断路器合闸电阻，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种避雷器，具体讲涉及一种开关控制型的金属氧化物避雷器。

背景技术

从超高压(330kV～750kV)输电系统开始，操作过电压对输变电设备的绝缘水平已经起着控制作用，随着系统电压等级的升高，影响越来越大，须将操作过电压倍数限制的越来越低。在超、特高压输电系统中，空气间隙的操作冲击放电电压呈现饱和特性，操作过电压水平对输变电设备的造价和制造难度影响更大，因此，深度降低操作过电压倍数、合理选取设备绝缘水平是十分必要的。

避雷器是电力系统过电压保护的主要装置。避雷器电阻片从早期以碳化硅(SiC)为主要原料发展到现今以氧化锌(ZnO)为主要原料，避雷器的性能在几十年间得到了极大的提高，应用范围越来越广。

特高压常规金属氧化物避雷器由避雷器本体和安装在避雷器本体顶部的均压环组成。其工作原理是利用金属氧化物电阻片高电压下呈现低阻值的特性，通过避雷器本体来释放过电压能量，将系统过电压水平限制到较低数值。

近年来，研究人员通过改进金属氧化物电阻片的配方和生产工艺，研制出了性能更优越的高性能金属氧化物电阻片，其中日本东芝公司研制的电阻片性能处于世界领先水平，主要指标为：能量吸收能力为300J/cm³，标称电流下压比1.55，允许荷电率92％，电位梯度200～600V/mm。在特高压系统中，仅靠采用高性能电阻片的避雷器，仍无法将操作过电压水平限制到规定的数值。

对于特高压交流输电系统，目前主要是应用金属氧化物避雷器、断路器加装合闸电阻两种措施：

(1)金属氧化物避雷器和断路器加装合闸电阻两种措施联合使用。两者共同作用可将系统的最大相对地2％统计操作过电压限制在1.6p.u.～1.7p.u.。但是，由于合闸电阻在运行可靠性和经济性方面仍存在较大不足，断路器加装合闸电阻后机构复杂，大大增加断路器的运行风险，同时断路器加装合闸电阻后成本增加较多，电力系统运行部门和制造厂商均倾向于在系统条件允许情况下断路器不采用合闸电阻。

(2)当两个特高压变电站之间的线路较短时，将避雷器额定电压降低，也可以将系统操作过电压限制在1.6p.u.～1.7p.u.。例如，某特高压线路段仅为60km，如果不采用断路器加装合闸电阻，仅采用金属氧化物避雷器将操作过电压限至标准允许的范围内，须将金属氧化物避雷器的额定电压从目前的828kV降至804kV(额定电压降低了3％)，避雷器的荷电率将从目前的0.77升高至0.79。但再长一点的线路，即使将避雷器额定电压降至804kV也无法满足要求。例如某特高压线路长度为85.5km，采用804kV的避雷器仅能将沿线过电压降至1.74p.u.，仍然无法满足要求，必须将避雷器的额定电压降至更低，甚至需降至762kV(额定电压降低了8％)才能满足要求。此时避雷器的长期运行荷电率将从目前的0.77升高至0.83，从而使避雷器电阻片在正常运行下的老化速度加快，可靠性裕度大大降低。而且使用762kV避雷器的前提条件还必须是将系统工频过电压限制在母线侧1.2p.u.、线路侧1.3p.u.，使用条件极其受限。

在改进避雷器电阻片性能研究的同时，研究人员也试图在避雷器的结构上寻找新突破，以提高避雷器的保护性能。80年代开始，国内、外的研究人员曾对金属氧化物避雷器串、并联放电间隙的情况进行过探讨和研究，但限于间隙放电电压的分散性很难解决，避雷器工作可靠性差。