周志敏 山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)公司動(dòng)力部
摘要：根據(jù)氧化鋅避雷器的發(fā)展及分類,對(duì)氧化鋅避雷器的選用和應(yīng)用中的問題作以闡述，結(jié)合氧化鋅避雷器應(yīng)用中的問題,提出相應(yīng)的技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器 應(yīng)用選型 技術(shù)措施
1.概述
氧化鋅避雷器是國外60年代開始發(fā)展起來的過電壓保護(hù)的新技術(shù)，我國從1976年開始進(jìn)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(shù)發(fā)展很快，并引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)及生產(chǎn)線，到目前國內(nèi)氧化鋅避雷器的生產(chǎn)，無論從數(shù)量、規(guī)格、還是從質(zhì)量上都已形成相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平，采用國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品都以接近或達(dá)到國際先進(jìn)水準(zhǔn)�，F(xiàn)已開發(fā)出直至500kV的氧化鋅避雷器；由帶串并聯(lián)間隙發(fā)展到無間隙，電阻片通流容量不斷提高。從部標(biāo)到國標(biāo)（GB11032—89），直至與IEC99—4靠攏的國標(biāo)GB11032—XXXX（修訂報(bào)批稿）已經(jīng)正式完成。如今在電力系統(tǒng)中氧化鋅避雷器得以廣泛應(yīng)用，為提高氧化鋅避雷器安全可靠運(yùn)行的水平，在生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和制造質(zhì)量的同時(shí)，也要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中氧化鋅避雷器進(jìn)行嚴(yán)格有效的檢測(cè)和定期預(yù)防性試驗(yàn)，及開展氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)，都是保證其安全可靠運(yùn)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(chǎn)現(xiàn)以形成集合型和規(guī)模化的大生產(chǎn)體系，在經(jīng)過引進(jìn)、消化、移植國外的先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展階段，現(xiàn)已開發(fā)研制具有自己獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)水平，并與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌參與國際
市場(chǎng)的競爭。
以下結(jié)合我國生產(chǎn)的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，根據(jù)其不同的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分類：
2.1按電壓等級(jí)
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(jí)的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致可劃分為500kV、220kV、110kV、66kV四個(gè)等級(jí)等級(jí)。
2.1.2.中壓類；其指3kV～66kV（不包括66kV系列的產(chǎn)品）范圍內(nèi)的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致可劃分為3kV、6kV、10kV、35KV四個(gè)電壓等級(jí)。
2.1.3.低壓類；其指3KV以下（不包括3kV系列的產(chǎn)品）的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，
大致可劃分為1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四個(gè)電壓等級(jí)。
2.2按標(biāo)稱放電電流
氧化鋅避雷器按標(biāo)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(tǒng)用線路型、系統(tǒng)用電站型、系統(tǒng)用配電型、并聯(lián)補(bǔ)償電容器組保護(hù)型、電氣化鐵道型、電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)型、變壓器中性點(diǎn)型七類。
2.4按結(jié)構(gòu)
氧化鋅避雷器按結(jié)構(gòu)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(gè)等級(jí)，Ⅰ級(jí)為普通型、Ⅱ級(jí)為用于中等污穢地區(qū)（爬電比距20mm/KV）、Ⅲ級(jí)為用于重污穢地區(qū)（爬電比距25mm/kV）、Ⅳ級(jí)為用于特重污穢地區(qū)（爬電比距31mm/kV）。
2.4.2.復(fù)合外套；復(fù)合外套氧化鋅避雷器是用復(fù)合硅橡膠材料做外套，并選用高性能的氧化鋅電阻片，內(nèi)部采 用特殊結(jié)構(gòu)，用先進(jìn)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(yōu)點(diǎn)。該系列產(chǎn)品除具有瓷外套氧化鋅避雷器的一切優(yōu)點(diǎn)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(shí)不需維護(hù)、不易破損、密封可靠、耐老化性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。
2.5按結(jié)構(gòu)性能
氧化鋅避雷器按結(jié)構(gòu)性能可分為；無間隙（W）、帶串聯(lián)間隙（C）、帶并聯(lián)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(yīng)注意它的參數(shù)的正確選擇，否則將會(huì)在運(yùn)行中發(fā)生各類問題，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。
3.1標(biāo)稱放電電流
因氧化鋅避雷器的標(biāo)稱放電電流分為五類，在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)避雷器的應(yīng)用場(chǎng)合和避雷器的技術(shù)參數(shù)來選擇，見表1。
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標(biāo)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(yù)期對(duì)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(chǎng)合 |
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20 |
420≤Ur≤468 |
100 |
80、63、40、20 |
800 |
電站用避雷器 |
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10 |
90≤Ur≤468 |
100(65) |
40、20、10 |
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5 |
4≤Ur≤25 |
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16 |
發(fā)電機(jī)用避雷器 |
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5≤Ur≤17 |
65(40)
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— |
配電用避雷器 |
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5≤Ur≤90 |
16 |
補(bǔ)償電容器用避雷器 |
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5≤Ur≤108 |
16 |
電站用避雷器 |
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42≤Ur≤84 |
10 |
電氣化鐵道用避雷器 |
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2.5 |
4≤Ur≤13.5 |
25 |
5 |
電動(dòng)機(jī)用避雷器 |
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1.5 |
0.28≤Ur≤0.5 |
10 |
— |
低壓避雷器 |
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2.4≤Ur≤15.2 |
5 |
電機(jī)中性點(diǎn)用避雷器 |
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60≤Ur≤207 |
5 |
變壓器中性點(diǎn)避雷器 |
注：1.括號(hào)內(nèi)大電流沖擊峰值為推薦值；
2.根據(jù)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，避雷器在注入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能量后，必須能耐受相當(dāng)于額定電壓數(shù)值的暫時(shí)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(shí)間系統(tǒng)。10s及以內(nèi)切除故障K=1.0；10s以上切除故障K=1.3；Ut為暫時(shí)過電壓，kV。
在選擇避雷器額定電壓時(shí)，僅考慮單相接地、甩負(fù)荷和長線電容效應(yīng)引起的暫時(shí)過電壓。
3.3最大持續(xù)運(yùn)行電壓
一般情況下，避雷器最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc ≥0.8Ur，且不得低于以下規(guī)定值：
直接接地系統(tǒng)：
Uc≥Um/1.732
式中：Um為系統(tǒng)最高工作電壓，kV。
非直接接地系統(tǒng)：
10s及以內(nèi)切除故障時(shí)，
Uc≥Um/1.732
10s以上切除故障時(shí)，
Uc≥Um （35～66kV）
Uc≥1.1Um （3～10kV）
3.4雷電沖擊保護(hù)水平
避雷器標(biāo)稱放電電流（8/20μs）下的殘壓值為避雷器的雷電沖擊保護(hù)水平。陡波標(biāo)稱放電電流（1/5μs）下的殘壓值與標(biāo)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(hù)水平應(yīng)滿足保護(hù)電力設(shè)備絕緣配合的要求。即滿足電氣設(shè)備全波沖擊絕緣水平與雷電沖擊保護(hù)水平之比不得小于1.4。
3.5操作沖擊保護(hù)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(hù)水平。操作沖擊絕緣配合系數(shù)應(yīng)滿足：電氣設(shè)備的操作沖擊絕緣水平與操作沖擊保護(hù)水平之比值不得小于1.15。
3.6壓力釋放等級(jí)
在大氣中使用帶有壓力釋放裝置的避雷器，應(yīng)按避雷器安裝點(diǎn)可能的最大短路電流有效值進(jìn)行選擇。不同的標(biāo)稱放電電流具有不同的壓力釋放等級(jí)。
3.7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(tǒng)最高工作電壓，kV。
氧化鋅避雷器爬電比距的選擇，要根據(jù)不同污穢等級(jí)的要求值進(jìn)行選取，在選擇上要取上限值，以確保其運(yùn)行的安全性。
4.氧化鋅避雷器運(yùn)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(chǎn)廠采用的密封技術(shù)不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定，在溫差變化較大時(shí)或運(yùn)行時(shí)間接近產(chǎn)品壽命后期，造成其密封不良而后使潮氣浸入，造成內(nèi)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(yùn)行在其產(chǎn)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(nèi)部放電，放電嚴(yán)重時(shí)避雷器內(nèi)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(nèi)部放電不太嚴(yán)重時(shí)可引起系統(tǒng)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(huán)境粉塵的污染，特別是設(shè)置在冶金廠區(qū)內(nèi)變電所，由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴(yán)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(shì)必導(dǎo)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(shí)大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，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(yè)電網(wǎng)隨著大噸位電弧爐、大型整流、變頻設(shè)備的應(yīng)用及軋鋼生產(chǎn)的沖擊負(fù)荷等的影響，使電網(wǎng)上的高次諧波值嚴(yán)重超標(biāo)。由于電阻片的非線性，當(dāng)正弦電壓作用時(shí)，還有一系列的奇次諧波，而在高次諧波作用時(shí)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(fā)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(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴(yán)，而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強(qiáng)，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(shù)性能。
5.技術(shù)措施
針對(duì)冶金電網(wǎng)的特點(diǎn)及氧化鋅避雷器幾次事故分析的結(jié)論，要保證氧化鋅避雷器在網(wǎng)上安全可靠運(yùn)行，應(yīng)采取以下措施：
5.1.設(shè)計(jì)選型
在設(shè)計(jì)選型上，應(yīng)首選有多年穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品，在選擇生產(chǎn)廠時(shí)，應(yīng)選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測(cè)手段的生產(chǎn)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(chǎn)品的壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。
5.2.在線監(jiān)測(cè)
增設(shè)氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)儀，并加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)儀的巡檢力度，特別是在雷雨后和易發(fā)生故障的部位（有電弧爐負(fù)荷的母線段、氧化鋅避雷器壽命已到后期）增加巡次數(shù)。定期給氧化鋅避雷器進(jìn)行各項(xiàng)電氣性能測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)儀的校驗(yàn)。
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(qiáng)電網(wǎng)諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和濾波裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。
5.5.技術(shù)管理
加強(qiáng)對(duì)氧化鋅避雷器的技術(shù)管理工作，即對(duì)運(yùn)行在網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術(shù)檔案，對(duì)出廠報(bào)告、定期測(cè)試報(bào)告及在線監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行記錄均要存入技術(shù)檔案，直至該避雷器退出運(yùn)行。
據(jù)國外有關(guān)技術(shù)資料統(tǒng)計(jì)，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(tǒng)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(yùn)行中對(duì)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(yùn)行環(huán)境等的隨機(jī)性，都決定著氧化鋅避雷器的安全運(yùn)行的可靠性，故需在今后的工作實(shí)踐中去研究、實(shí)驗(yàn)、探索和總結(jié)，以使得其在運(yùn)行中的不安全因素可得以預(yù)防和完善。
