第九章 电磁式电压互感器和氧化锌避雷器

第九章 电磁式电压互感器和氧化锌避雷器
我们的GIS 中，这两种元件都是整机外购的，只作简单介绍。

一 电磁式电压互感器
产品结构：单相VT 见图1，三相VT 见图2。

铁芯是接地的。

采用双柱式（即口字形）叠片铁心，铁心上部近似地成圆形截面。

铁心在包上绝缘纸板和白布带后，先绕二次线圈（剩余电压绕组和二次绕组），然后再绕一次线圈。

一次线圈的始端（N 端）电压不高。

一次线圈的匝数很多，往往将它绕成宝塔形（梯形截面）。

在一次线圈的末端引入高压，因此对一次线圈及其引入线要加均匀电场的屏蔽环。

一次线圈采用缩醛漆包圆铜线，一次线圈的层间承受匝间绝缘，同时在其层间产生寄生电容，此外，一次线圈与壳体和铁心间产生电容，因此GIS 用电磁式VT 最终是容性电流大于感性电流，呈容性特征。

三相共箱式VT 是由三个单相VT 组成，将它们布置成品字形。

工频耐压
按GB7674—2008规定，对额定电压126KV ，极对地和极间的额定短时工频耐受电压为230kV 。

我们工厂GIS 做出厂工频耐压试验时是不带VT 的。

这是因为电压互感器与电力变压器的设计不同，电压互感器的磁轭的设计工作磁通为0.9T （特斯劳）,处在低磁密状态; 而电力变压器的设计工作磁通为1.7T 。

在做50Hz 的工频耐压试验时，电压互感器的铁心要饱和，从而造成VT 的自身伤害。

VT 的生产厂家采用3倍频感应耐压的试验方式，即在VT 的二次线圈上施加150Hz 的试验电压，在一次线圈上感应出230kV 的试验电压，持续时间为40S 。

用户在现场如要检验VT 的绝缘水平时，可以采用3倍频的试验设备，但试验电压应为230×0.8＝184kV 。

如果用户没有3倍频的试验设备，也可采用50Hz 的感应耐压试验方式，但试验电压应降低为KV 12723
110＝ 。

现场试验时，要拆下VT ，并加六氟化硫/空气套管（其电容应小于200PF ）。

铁磁谐振
电力系统中有大量的储能元件，例如：电压互感器、变压器、电抗器等电感元件；电容器、线路对地电容，断路器断口间的均压电容等电容元件。

这些元件组成了许多串联或并联的振荡回路。

在正常的稳定状态下运行时，不可能产生严重的振荡，但当系统发生故障或由于某些操作，例如开合空载长线和空载母线等，将引起过电压。

VT 在正常工作电压下，通常铁心磁通密度不高，铁心不饱和。

如在过电压作用下铁心饱和了，电感会迅速降低，从而与电容产生谐振，这时的谐振称作铁磁谐振。

此时VT 因铁心磁通密度大幅增加，VT 因励磁电流太大而烧毁。

防止铁磁谐振的措施是在剩余电压绕组连接的开口三角形上与地电位之间连接一个低压氧化锌避雷器，释放过电压，这是被动的防护措施。

主动的防护措施是不要产生铁磁谐振，例如在断路器分合操作之前，先将母线VT 退出运行。

安全事项
VT不允许短路，否则会烧坏VT绕组，二次回路中应加小型断路器和熔断器。

VT的二次侧必须一端接地，防止一次和二次绕组间的绝缘损坏时，高压窜入二次回路，危及设备和人身安全。

二氧化锌避雷器
1. 产品结构示意图见图3
氧化锌阀片尺寸 75/ 26/
t
21，每极大约为36片串联而成，阀片中间穿 24的绝缘拉杆，有
一个 52/ 24/
t
2的蝶形弹簧（压平后的高度为1.2mm），弹簧力在阀片间产生压紧力。

由于弹簧力比
阀片自重大得多，所以氧化锌避雷器可以倒置，但绝缘拉杆需特殊制造（绝缘拉杆的两端部采用金属接头，以增大连接力）。

检测器可以直接安装在罐体上，也可以分离安装。

氧化锌阀片是一种非线性电阻,它在正常工作电压下电阻很大,但在过电压下电阻很小，可以释放过电压的能量。

2 国网要求提供的氧化锌避雷器参数
(1) 额定电压 kV 96/100/102/108
(2) 持续运行电压 kV 75/78/79.6/84
(3) 标称放电电流（ 8/20μs ） kA 10
(4) 陡波冲击电流下残压（ 1/10μs ） kV 280/291/297/315
(5) 雷电冲击电流下残压（ 8/20μs ） kV 250/260/266/281
(6) 操作冲击电流下残压（ 30/60μs ） kV 213/221/226/239
(7) 直流 1mA 参考电压 kV ≥ 40/145/148/157
(8) 75% 直流 1mA 参考电压下的泄漏电流μA 投标人提供
(9) 工频参考电压（有效值） kV 投标人提供
(10) 工频参考电流（峰值） mA 投标人提供
(11) 持续电流：
全电流 mA 投标人提供
阻性电流μA 投标人提供
长持续时间冲击耐受电流：
线路放电等级 1/2
方波电流冲击 A 400/600
(13) 4/10μs 大冲击耐受电流 kA 100
(14) 动作负载投标人提供
(15) 工频电压耐受时间特性投标人提供
(16) 千伏额定电压吸收能力 kJ/kV 投标人提供
(17) 压力释放能力 kA/s 40/0.2
3 对上述参数的说明
(1) 额定电压(Ur)
施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值,按照此电压所设计的避雷器,能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。

它是表明避雷器运行特性的一个重要参数，但它不等于系统标称电压。

说明：动作负载试验是避雷器的关键性试验，很复杂，详见国标GB11032—2000 第8.6条。

注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：102 kV /母线 108 kV /线路。

（2）持续运行电压(Uc)
允许持久地施加在避雷器端子间的工频电压有效值。

注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：79.6 kV /母线 84 kV /线路。

（3）标称放电电流
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。

注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求： 10 kA
（4）陡波冲击电流下残压（ 1/10μs ）
注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：≤ 297 kV。

（5）雷电冲击电流下残压（ 8/20μs ）
注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：≤ 266 kV。

（6）操作冲击电流下残压（ 30/60μs ）
注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：≤ 226kV。

说明:关于试验电流波形的定义,请阅国标GB11032—2000 第2.11, 2.12,
2.19, 2.20, 2.21, 2.22, 2.23 ,2.26, 2.31等各条
（7）直流1mA参考电压
在避雷器通过直流参考电流1mA时测出的避雷器的直流电压平均值
注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：≥148 kV/母线≥157 kV /线路。

（8） 75% 直流 1mA 参考电压下的泄漏电流
注：伍家岗, 南阳金冠数据: ≤ 30μA 。

（9）避雷器的工频参考电压
在避雷器通过工频参考电流时测出的避雷器的工频电压最大峰值除以2。

注：伍家岗, 南阳金冠数据: ≥102 kV/母线≥108 kV /线路。

（10）工频参考电流
用于确定避雷器工频参考电压的工频电流阻性分量的峰值。

注：伍家岗, 南阳金冠数据: 2 mA 。

（11）持续电流、
施加持续运行电压时流过避雷器的电流。

持续电流由阻性和容性分量组成。

注：伍家岗, 南阳金冠数据:
全电流≤ 555 mA 阻性电流≤ 220 μA
（12）长持续时间电流冲击耐受
避雷器应耐受在型式试验时校核的长持续时间电流（方波冲击电流）冲击的考核。

对标称放电电流为10kA的避雷器，应按用户要求的线路放电等级通过线路放电试验（详见国标GB11032—2000 第8.4.2条）, 验证长持续时间耐受能力。

长持续时间电流冲击耐受试验后，观察试品，电阻片应无击穿、闪络、破碎或其他明显损伤的痕迹。

注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求：
线路放电等级 2
方波冲击电流 600 A
（13）4/10μs 大冲击耐受电流
注：伍家岗（南阳金冠供货）用户要求： 100 kA
（14）动作负载 (详见国标GB11032—2000 第6.12条）
即上述(1) 额定电压(Ur) 中要做的试验。

(15)工频电压耐受时间特性:规定条件下,对避器施加不同的工频电压，避雷器不损坏,不生热崩溃时所对应的最大持续时间的关系曲线。

注：伍家岗, 南阳金冠数据:
1.20 Ur 0.1s /1.16 Ur 1s / 1.08 Ur 30s /1.00 Ur 20 min
(16)千伏额定电压吸收能力
与过电压计算有关的数据。

注：伍家岗, 南阳金冠数据: 5 kJ/kV
(17) 压力释放能力：避雷器装有压力释放装置时，雷器故障不应引起外套粉碎性爆破。

注：伍家岗, 用户要求：: 40kA/0.2s。