氧化鋅避雷器應用

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[摘要]根據氧化鋅避雷器的發展及分類,對氧化鋅避雷器的選用和應用中的問題作以闡述，結合氧化鋅避雷器應用中的問題,提出相應的技術措施。

[關鍵詞]氧化鋅避雷器應用選型技術措施

1.概述

氧化鋅避雷器是國外60年代開始發展起來的過電壓保護的新技術，我國從1976年開始進行電力氧化鋅避雷器的研究，自80年代以來，我國的氧化鋅避雷器技術發展很快，并引進國外先進技術及生產線，到目前國內氧化鋅避雷器的生產，無論從數量、規格、還是從質量上都已形成相當的規模和水平，采用國際標準生產的產品都以接近或達到國際先進水準。現已開發出直至500kV的氧化鋅避雷器；由帶串并聯間隙發展到無間隙，電阻片通流容量不斷提高。從部標到國標（GB11032—89），直至與IEC99—4靠攏的國標GB11032—XXXX（修訂報批稿）已經正式完成。如今在電力系統中氧化鋅避雷器得以廣泛應用，為提高氧化鋅避雷器安全可靠運行的水平，在生產廠不斷提高產品設計水平和制造質量的同時，也要加強對運行中氧化鋅避雷器進行嚴格有效的檢測和定期預防性試驗，及開展氧化鋅避雷器的在線監測，都是保證其安全可靠運行的有效手段。

2.氧化鋅避雷器的分類

我國的氧化鋅避雷器研制和生產現以形成集合型和規模化的大生產體系，在經過引進、消化、移植國外的先進技術的發展階段，現已開發研制具有自己獨立知識產權的系列產品，部分產品已達到國際先進水平，并與國際標準接軌參與國際市場的競爭。

以下結合我國生產的氧化鋅避雷器系列產品，根據其不同的技術指標進行分類：

2.1按電壓等級

氧化鋅避雷器按額定電壓值來分類，可分為三類；

2.1.1.高壓類；其指66KV以上等級的氧化鋅避雷器系列產品，大致可劃分為500kV、220kV、110kV、66kV四個等級等級。

2.1.2.中壓類；其指3kV～66kV（不包括66kV系列的產品）范圍內的氧化鋅避雷器系列產品，大致可劃分為3kV、6kV、10kV、35KV四個電壓等級。

2.1.3.低壓類；其指3KV以下（不包括3kV系列的產品）的氧化鋅避雷器系列產品，

大致可劃分為1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四個電壓等級。

2.2按標稱放電電流

氧化鋅避雷器按標稱放電電流可劃分為20、10、5、2.5、1.5kA五類。

2.3按用途

氧化鋅避雷器按用途可劃分為系統用線路型、系統用電站型、系統用配電型、并聯補償電容器組保護型、電氣化鐵道型、電動機及電動機中性點型、變壓器中性點型七類。

2.4按結構

氧化鋅避雷器按結構可劃分為兩大類；

2.4.1.瓷外套；瓷外套氧化鋅避雷器按耐污穢性能分為四個等級，Ⅰ級為普通型、Ⅱ級為用于中等污穢地區（爬電比距20mm/KV）、Ⅲ級為用于重污穢地區（爬電比距25mm/kV）、Ⅳ級為用于特重污穢地區（爬電比距31mm/kV）。

2.4.2.復合外套；復合外套氧化鋅避雷器是用復合硅橡膠材料做外套，并選用高性能的氧化鋅電阻片，內部采用特殊結構，用先進工藝方法裝配而成，具有硅橡膠材料和氧化鋅電阻片的雙重優點。該系列產品除具有瓷外套氧化鋅避雷器的一切優點外，另具有絕緣性能、高的耐污穢性能、良好的防爆性能以及體積小、重量輕、平時不需維護、不易破損、密封可靠、耐老化性能優良等優點。

2.5按結構性能

氧化鋅避雷器按結構性能可分為；無間隙（W）、帶串聯間隙（C）、帶并聯間隙（B）三類。

3.氧化鋅避雷器的選用

氧化鋅避雷器在選用中應注意它的參數的正確選擇，否則將會在運行中發生各類問題，甚至導致事故發生。

3.1標稱放電電流

因氧化鋅避雷器的標稱放電電流分為五類，在選用時應根據避雷器的應用場合和避雷器的技術參數來選擇，見表1。

表1氧化鋅避雷器技術參數

標稱放電電流（kA）避雷器額定電壓（kV有效值）大電流沖擊電流值（kA峰值）大電流壓力釋放預期對稱電流（kA有效值）小電流壓力釋放電流值（A有效值）避雷器適用場合

20420≤Ur≤46810080、63、40、20

800電站用避雷器

1090≤Ur≤468100(65)40、20、10

54≤Ur≤2516發電機用避雷器

5≤Ur≤1765(40)

—配電用避雷器

5≤Ur≤9016補償電容器用避雷器

5≤Ur≤10816電站用避雷器

42≤Ur≤8410電氣化鐵道用避雷器

2.54≤Ur≤13.5255電動機用避雷器

1.50.28≤Ur≤0.5

10—低壓避雷器

2.4≤Ur≤15.25電機中性點用避雷器

60≤Ur≤2075變壓器中性點避雷器

注：1.括號內大電流沖擊峰值為推薦值；

2.根據運行條件，電流峰值可取其他值（較高或較低）。

3.2額定電壓

按IEC標準規定，避雷器在注入標準規定的能量后，必須能耐受相當于額定電壓數值的暫時過電壓至少10s。

避雷器額定電壓可按下式選擇：

Ur≥Kut（kV）

式中：K為切除短路故障時間系統。10s及以內切除故障K=1.0；10s以上切除故障K=1.3；Ut為暫時過電壓，kV。

在選擇避雷器額定電壓時，僅考慮單相接地、甩負荷和長線電容效應引起的暫時過電壓。

3.3最大持續運行電壓

一般情況下，避雷器最大持續運行電壓Uc≥0.8Ur，且不得低于以下規定值：

直接接地系統：

Uc≥Um/1.732

式中：Um為系統最高工作電壓，kV。

非直接接地系統：

10s及以內切除故障時，

Uc≥Um/1.732

10s以上切除故障時，

Uc≥Um（35～66kV）

Uc≥1.1Um（3～10kV）

3.4雷電沖擊保護水平

避雷器標稱放電電流（8/20μs）下的殘壓值為避雷器的雷電沖擊保護水平。陡波標稱放電電流（1/5μs）下的殘壓值與標稱放電電流下的殘壓值之比不得大于1.15。

避雷器雷電沖擊保護水平應滿足保護電力設備絕緣配合的要求。即滿足電氣設備全波沖擊絕緣水平與雷電沖擊保護水平之比不得小于1.4。

3.5操作沖擊保護水平

避雷器操作沖擊電流（波前30～100μs）下的殘壓值為避雷器的操作沖擊保護水平。操作沖擊絕緣配合系數應滿足：電氣設備的操作沖擊絕緣水平與操作沖擊保護水平之比值不得小于1.15。

3.6壓力釋放等級

在大氣中使用帶有壓力釋放裝置的避雷器，應按避雷器安裝點可能的最大短路電流有效值進行選擇。不同的標稱放電電流具有不同的壓力釋放等級。7外絕緣水平

爬電比距可按下式確定：

λ=L/Um

式中：L為瓷套爬電距離，cm；Um為系統最高工作電壓，kV。

氧化鋅避雷器爬電比距的選擇，要根據不同污穢等級的要求值進行選取，在選擇上要取上限值，以確保其運行的安全性。

4.氧化鋅避雷器運行中的問題分析

4.1.氧化鋅避雷器的密封問題

氧化鋅避雷器密封老化問題，主要是生產廠采用的密封技術不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩定，在溫差變化較大時或運行時間接近產品壽命后期，造成其密封不良而后使潮氣浸入，造成內部絕緣損壞，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。

4.2.電阻片抗老化性能差

在氧化鋅避雷器運行在其產品壽命的后期，電阻片劣化造成泄漏電流上升，甚至造成與瓷套內部放電，放電嚴重時避雷器內部氣體壓力和溫度急劇增高，而引起氧化鋅避雷器本體爆炸，內部放電不太嚴重時可引起系統單相接地。

4.3瓷套污染

由于工作在室外的氧化鋅避雷器，瓷套受到環境粉塵的污染，特別是設置在冶金廠區內變電所，由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻，而使沿瓷套表面電流也不均勻分布，勢必導致電阻片中電流IMOA的不均勻分布（或沿電阻片的電壓不均勻分布），使流過電阻片的電流較正常時大1～2個數量級，造成附加溫升，使吸收過電壓能力大為降低，也加速了電阻片的劣化。

4.4.高次諧波

冶金企業電網隨著大噸位電弧爐、大型整流、變頻設備的應用及軋鋼生產的沖擊負荷等的影響，使電網上的高次諧波值嚴重超標。由于電阻片的非線性，當正弦電壓作用時，還有一系列的奇次諧波，而在高次諧波作用時就更加速了電阻片的劣化速度。

4.5.抗沖擊能力差

氧化鋅避雷器多在操作過電壓或雷電條件下發生事故，其原因是因電阻片在制造工藝過程中，由于其各工藝質量控制點控制不嚴，而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強，在頻繁吸收過電壓能量過程中，加速了電阻片的劣化而損壞，失去了自身的技術性能。

5.技術措施

針對冶金電網的特點及氧化鋅避雷器幾次事故分析的結論，要保證氧化鋅避雷器在網上安全可靠運行，應采取以下措施：

5.1.設計選型

在設計選型上，應首選有多年穩定運行實踐的產品，在選擇生產廠時，應選擇有先進的工藝設備和完善的檢測手段的生產廠，才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使在產品的壽命周期內穩定運行。

5.2.在線監測

增設氧化鋅避雷器的在線監測儀，并加強對在線監測儀的巡檢力度，特別是在雷雨后和易發生故障的部位（有電弧爐負荷的母線段、氧化鋅避雷器壽命已到后期）增加巡次數。定期給氧化鋅避雷器進行各項電氣性能測試及在線監測儀的校驗。

5.3.防污措施

采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油，在氧化鋅避雷器選型上選用防污瓷套型的氧化鋅避雷器。

5.4.諧波治理

加強電網諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設動態無功補償和濾波裝置，以使電網的高次諧波值控制在國家標準允許范圍內。

5.5.技術管理

加強對氧化鋅避雷器的技術管理工作，即對運行在網上的每一只氧化鋅避雷器建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測儀的運行記錄均要存入技術檔案，直至該避雷器退出運行。

據國外有關技術資料統計，氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電和操作過電壓，受潮、污閃、系統條件、本身故障等，但仍有一定比例損壞的原因不詳，故仍有其在運行中對事故原因不明確的問題。又因氧化鋅避雷器的劣化速度的離散性，及雷電、操作過電壓、諧波、運行環境等的隨機性，都決定著氧化鋅避雷器的安全運行的可靠性，故需在今后的工作實踐中去研究、實驗、探索和總結，以使得其在運行中的不安全因素可得以預防和完善。