浅析氧化锌避雷器的工程应用

　　摘 要]根据氧化锌避雷器的发展及分类,对氧化锌避雷器的选用和应用中的问题作以阐述，结合氧化锌避雷器应用中的问题,提出相应的技术措施。

　　[关键词]氧化锌避雷器 应用选型 技术措施

　　1.概述

　　氧化锌避雷器是国外60年代开始发展起来的过电压保护的新技术，我国从1976年开始进行电力氧化锌避雷器的研究，自80年代以来，我国的氧化锌避雷器技术发展很快，并引进国外先进技术及生产线，到目前国内氧化锌避雷器的生产，无论从数量、规格、还是从质量上都已形成相当的规模和水平，采用国际标准生产的产品都以接近或达到国际先进水准。现已开发出直至500kV的氧化锌避雷器;由带串并联间隙发展到无间隙，电阻片通流容量不断提高。从部标到国标(GB11032—89)，直至与IEC99—4靠拢的国标GB11032—XXXX(修订报批稿)已经正式完成。如今在电力系统中氧化锌避雷器得以广泛应用，为提高氧化锌避雷器安全可靠运行的水平，在生产厂不断提高产品设计水平和制造质量的同时，也要加强对运行中氧化锌避雷器进行严格有效的检测和定期预防性试验，及开展氧化锌避雷器的在线监测，都是保证其安全可靠运行的有效手段。

　　2.氧化锌避雷器的分类

　　我国的氧化锌避雷器研制和生产现以形成集合型和规模化的大生产体系，在经过引进、消化、移植国外的先进技术的发展阶段，现已开发研制具有自己独立知识产权的系列产品，部分产品已达到国际先进水平，并与国际标准接轨参与国际市场的竞争。

　　以下结合我国生产的氧化锌避雷器系列产品，根据其不同的技术指标进行分类：

　　2.1按电压等级

　　氧化锌避雷器按额定电压值来分类，可分为三类;

　　2.1.1.高压类;其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为500kV、220kV、110kV、66kV四个等级等级。

　　2.1.2.中压类;其指3kV～66kV(不包括66kV系列的产品)范围内的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为3kV、6kV、10kV、35KV四个电压等级。

　　2.1.3.低压类;其指3KV以下(不包括3kV系列的产品)的氧化锌避雷器系列产品，

　　大致可划分为1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四个电压等级。

　　2.2按标称放电电流

　　氧化锌避雷器按标称放电电流可划分为20、10、5、2.5、1.5kA五类。

　　2.3按用途

　　氧化锌避雷器按用途可划分为系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联补偿电容器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点型七类。

　　2.4按结构

　　氧化锌避雷器按结构可划分为两大类;

　　2.4.1.瓷外套;瓷外套氧化锌避雷器按耐污秽性能分为四个等级，Ⅰ级为普通型、Ⅱ级为用于中等污秽地区(爬电比距20mm/KV)、Ⅲ级为用于重污秽地区(爬电比距25mm/kV)、Ⅳ级为用于特重污秽地区(爬电比距31mm/kV)。

　　2.4.2.复合外套;复合外套氧化锌避雷器是用复合硅橡胶材料做外套，并选用高性能的氧化锌电阻片，内部采用特殊结构，用先进工艺方法装配而成，具有硅橡胶材料和氧化锌电阻片的双重优点。该系列产品除具有瓷外套氧化锌避雷器的一切优点外，另具有绝缘性能、高的耐污秽性能、良好的防爆性能以及体积小、重量轻、平时不需维护、不易破损、密封可靠、耐老化性能优良等优点。

　　2.5按结构性能

　　氧化锌避雷器按结构性能可分为;无间隙(W)、带串联间隙(C)、带并联间隙(B)三类。

　　3.氧化锌避雷器的选用

　　氧化锌避雷器在选用中应注意它的参数的正确选择，否则将会在运行中发生各类问题，甚至导致事故发生。

　　3.1标称放电电流

　　因氧化锌避雷器的标称放电电流分为五类，在选用时应根据避雷器的应用场合和避雷器的技术参数来选择，见表1。

　　表1氧化锌避雷器技术参数

　　标称放电电流(kA) 避雷器额定电压(kV有效值) 大电流冲击电流值(kA峰值) 大电流压力释放预期对称电流(kA有效值)小电流压力释放电流值(A有效值) 避雷器适用场合 20 420≤Ur≤468 10080、63、40、20 800 电站用避雷器 10 90≤Ur≤468 100(65) 40、20、10 5 4≤Ur≤25 16 发电机用避雷器 5≤Ur≤17 65(40)— 配电用避雷器 5≤Ur≤90 16 补偿电容器用避雷器 5≤Ur≤108 16 电站用避雷器 42≤Ur≤84 10电气化铁道用避雷器 2.5 4≤Ur≤13.5 25 5 电动机用避雷器 1.5 0.28≤Ur≤0.5 10 — 低压避雷器 2.4≤Ur≤15.2 5 电机中性点用避雷器 60≤Ur≤207 5 变压器中性点避雷器

　　注：1.括号内大电流冲击峰值为推荐值;

　　2.根据运行条件，电流峰值可取其他值(较高或较低)。

　　3.2额定电压

　　按IEC标准规定，避雷器在注入标准规定的能量后，必须能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压至少10s 。

　　避雷器额定电压可按下式选择：

　　Ur≥Kut(kV)

　　式中：K为切除短路故障时间系统。10s及以内切除故障K=1.0;10s以上切除故障K=1.3;Ut为暂时过电压，kV。

　　在选择避雷器额定电压时，仅考虑单相接地、甩负荷和长线电容效应引起的暂时过电压。

　　3.3最大持续运行电压

　　一般情况下，避雷器最大持续运行电压Uc ≥0.8Ur，且不得低于以下规定值：

　　直接接地系统：

　　Uc≥Um/1.732

　　式中：Um为系统最高工作电压，kV。

　　非直接接地系统：

　　10s及以内切除故障时，

　　Uc≥Um/1.732

　　10s以上切除故障时，

　　Uc≥Um (35～66kV)

　　Uc≥1.1Um (3～10kV)

　　3.4雷电冲击保护水平

　　避雷器标称放电电流(8/20μs)下的残压值为避雷器的雷电冲击保护水平。陡波标称放电电流(1/5μs)下的残压值与标称放电电流下的残压值之比不得大于1.15。

　　避雷器雷电冲击保护水平应满足保护电力设备绝缘配合的要求。即满足电气设备全波冲击绝缘水平与雷电冲击保护水平之比不得小于1.4。

　　3.5操作冲击保护水平

　　避雷器操作冲击电流(波前30～100μs)下的残压值为避雷器的操作冲击保护水平。操作冲击绝缘配合系数应满足：电气设备的操作冲击绝缘水平与操作冲击保护水平之比值不得小于1.15。

　　3.6压力释放等级

　　在大气中使用带有压力释放装置的避雷器，应按避雷器安装点可能的最大短路电流有效值进行选择。不同的标称放电电流具有不同的压力释放等级。

　　3.7外绝缘水平

　　爬电比距可按下式确定：

　　λ=L/Um

　　式中：L为瓷套爬电距离，cm;Um为系统最高工作电压，kV。

　　氧化锌避雷器爬电比距的选择，要根据不同污秽等级的要求值进行选取，在选择上要取上限值，以确保其运行的安全性。

　　4.氧化锌避雷器运行中的问题分析

　　4.1.氧化锌避雷器的密封问题

　　氧化锌避雷器密封老化问题，主要是生产厂采用的密封技术不完善，或采用的密封材料抗老化性能不稳定，在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期，造成其密封不良而后使潮气浸入，造成内部绝缘损坏，加速了电阻片的劣化而引起爆炸。

　　4.2.电阻片抗老化性能差

　　在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期，电阻片劣化造成泄漏电流上升，甚至造成与瓷套内部放电，放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高，而引起氧化锌避雷器本体爆炸，内部放电不太严重时可引起系统单相接地。

　　4.3瓷套污染

　　由于工作在室外的氧化锌避雷器，瓷套受到环境粉尘的污染，特别是设置在冶金厂区内变电所，由于粉尘中金属粉尘的比例较大，故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀，而使沿瓷套表面电流也不均匀分布，势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布)，使流过电阻片的电流较正常时大1～2个数量级，造成附加温升，使吸收过电压能力大为降低，也加速了电阻片的劣化。

　　4.4.高次谐波

　　冶金企业电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产的冲击负荷等的影响，使电网上的高次谐波值严重超标。由于电阻片的非线性，当正弦电压作用时，还有一系列的奇次谐波，而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。

　　4.5.抗冲击能力差

　　氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故，其原因是因电阻片在制造工艺过程中，由于其各工艺质量控制点控制不严，而使电阻片的耐受方波冲击能力不强，在频繁吸收过电压能量过程中，加速了电阻片的劣化而损坏，失去了自身的技术性能。

　　5.技术措施

　　针对冶金电网的特点及氧化锌避雷器几次事故分析的结论，要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行，应采取以下措施：

　　5.1.设计选型

　　在设计选型上，应首选有多年稳定运行实践的产品，在选择生产厂时，应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂，才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能，以使在产品的寿命周期内稳定运行。

　　5.2.在线监测

　　增设氧化锌避雷器的在线监测仪，并加强对在线监测仪的巡检力度，特别是在雷雨后和易发生故障的部位(有电弧炉负荷的母线段、氧化锌避雷器寿命已到后期)增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。

　　5.3.防污措施

　　采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清扫或涂以防污闪硅油，在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。

　　5.4.谐波治理

　　加强电网谐波的治理力度，在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置，以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。

　　5.5.技术管理

　　加强对氧化锌避雷器的技术管理工作，即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案，直至该避雷器退出运行。

　　据国外有关技术资料统计，氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压，受潮、污闪、系统条件、本身故障等，但仍有一定比例损坏的原因不详，故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定着氧化锌避雷器的安全运行的可靠性，故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结，以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。