復合外套氧化鋅避雷器在電力系統中應用

劉悅洋

摘要：復合外套氧化鋅避雷器的運行特性、監測與維護方法直接影響到電力系統的安全運行。因此，本文針對避雷器自身防護及其對電力系統的影響進行了分析， 簡述了避雷器的保護特性， 并對復合外套氧化鋅避雷器在電力系統中運行的問題及其解決問題的技術措施分析。

關鍵詞：避雷器；特性；運行問題分析；技術措施

前言

復合外套氧化鋅避雷器是20 世紀80年代發展起來的8新技術、新工藝、新材料集成的產品，復合外套氧化鋅避雷器（以下簡稱為CMOA），它凝聚了復合絕緣子與氧化鋅避雷器的優點。用復合外套避雷器的主要特點氧化鋅和瓷套氧化鋅避雷器相比，除了氧化鋅避雷器的優點，還具有以下特點：（1）具有體積小，重量輕的優點；（2）抗污染性能好，污染，憎水性恢復的；（3）具有防爆性能好，不傷害鄰近的電氣設備；（4）良好的耐候性，在瓷套式避雷器由于呼吸抑制效應的消除。因此，氧化鋅復合外套避雷器已廣泛應用在電力系統的運行。

一、復合外套氧化鋅避雷器在交流電力系統的應用

1.避雷器自身對電力系統的不安全影響

以前應用的保護間隙和管型避雷器在間隙擊穿后，保護回路再也沒有限流元件， 滅弧的時間長， 間隙擊穿的同時有大的續流通過， 保護動作將會造成電力系統接地故障或相間短路故障， 保護作用的同時增多了電力系統故障率， 影響電力系統的正常、安全運行。應用氧化鋅避雷器后， 因為此避雷器的非線性好， 對過電壓反應快， 對波頭很陡的過電壓也能限制。行波電流通過后， 氧化鋅避雷器的電阻片阻值迅速恢復， 故基本無續流， 因此杜絕了保護動作造成的電力系統接地故障和相間短路故障率。避雷器這種特性對短時間內可能重復發生的雷擊或操作波過電壓的保護更適合。

2.避雷器具有連續耐受大電流沖擊的能力

電力系統的高壓電力裝置可能遭受到連續的雷電沖擊。連續雷電沖擊是指兩次雷電入侵波間隔時間僅數百μs至數千μs， 間隔時間極短。碳化硅避雷器保護動作既泄放雷電流又泄放工頻續流， 切斷續流耗費的時間最大可達10000μs， 一次保護循環時間要遠大于10000μs， 才能恢復到可再次動作的能力， 故碳化硅避雷器沒有連續雷電沖擊保護能力。而氧化鋅避雷器的閥片通流容量大， 按單位體積計算， 約為碳化硅閥片的4倍。氧化鋅避雷器保護動作時只泄放雷電流，雷電流泄放（小于100μs）完畢， 沒有工頻續流， 立即回復到可進行再次動作的能力， 故氧化鋅避雷器具有連續雷電沖擊保護能力， 這對于多雷區或雷電活動強烈地區的防雷保護尤為重要。

3.避雷器自身的過電壓防護

避雷器是過電壓保護電器， 其自身也存在著過電壓防護問題。對于能量有限的過電壓， 如雷電過電壓和操作過電壓， 避雷器泄流能起限壓保護作用。對能量是無限有能源補充的過電壓， 如電力系統的暫態過電壓（工頻過電壓和諧振過電壓的總稱）， 其頻率或為工頻或為倍頻或分頻， 與工頻電源頻率總有合拍的時候， 如因某些原因而激發暫態過電壓， 工頻電源能自動補充過電壓能量， 使避雷器泄流過電壓幅值不衰減或只弱衰減， 暫態過電壓如果進入避雷器保護動作區， 勢必造成避雷器長時反復動作直至避雷器閥片過熱產生熱崩潰， 避雷器損害爆炸， 因此暫態過電壓對避雷器有致命危害。如果已將全部暫態過電壓限定在保護死區內不受其害的避雷器，稱之為暫態過電壓承受能力強， 反之稱暫態過電壓承受能力差。碳化硅避雷器暫態過電壓承受能力強， 但由于運行中動作特性穩定性差， 常因沖擊放電電壓（保護動作區起始電壓）值下降， 仍可能遭受暫態過電壓的危害。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓（可近似地把參考電壓當作拐點電壓）偏低， 僅2.21～2.56Uxg（最大相電壓）， 而有些暫態過電壓最大值達2.5～3.5Uxg， 故有暫態過電壓承受能力差的缺點。對暫態過電壓危害有效的防護辦法是增加結構性能穩定的串聯間隙， 將全部暫態過電壓限定在保護死區內， 使避雷器免受其害。帶串聯間隙的氧化鋅避雷器就有此獨具優點。

二、避雷器的保護特性

1.避雷器的保護特性參數

避雷器生產廠生產的避雷器是按國標的規定進行生產的， 所以各種型號的避雷器在同用途同電壓等級時，其雷電殘壓參數相同或接近。有人認為既然雷電殘壓值一樣， 它們的保護作用和效果也應是一樣的， 隨意選用哪種型號都可以， 這是一種偏見。因為除了雷電殘壓外，還有其他保護參數， 如工頻放電電壓值， 沖擊放電電壓值是考察避雷器暫態過電壓承受能力， 保證長期正常運行的參數；又如是否有雷電陡坡殘壓值， 是標示著避雷器防雷保護功能完不完全的重要參數。綜合看來， 只有帶有串聯間隙的氧化鋅避雷器才具備了上述的保護特性參數， 也就是說帶有串聯間隙的氧化鋅避雷器具有齊全的防護功能。

2.避雷器動作特效運行穩定

帶串聯間隙的氧化鋅避雷器保護動作時只泄放雷電流而無續流， 動作負載輕， 且間隙不需具有滅弧及切斷續流的能力， 故間隙無燒損， 且間隙數量少， 3～10kV避雷器僅一個間隙， 35kV避雷器有三個串聯間隙， 間隙工頻放電電壓值與碳化硅避雷器相同， 符合GB7327的規定， 故間隙隙距大， 動作特性可保持長期穩定。

3.串聯間隙氧化鋅避雷器

碳化硅避雷器因其間隙結構（隙距小， 數量多）帶來的一些缺點：如沒有雷電陡坡保護功能；沒有連續雷電沖擊保護能力；動作特性不穩定可能遭受暫態過電壓的危害；動作負載重、壽命短等。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓較低， 有暫態過電壓承受能力差， 損害爆炸率高和壽命短等缺點。串聯間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用氧化鋅閥片， 其間隙數量少， 當過電壓達到沖擊放電電壓時間隙無時延擊穿， 同時因隙距大動作特性穩定。串聯間隙氧化鋅避雷器已將全部暫態過電壓限定在保護死區內免受其害， 故它避免無間隙氧化鋅避雷器因拐點電壓偏低帶來的一切缺點。串聯間隙氧化鋅避雷器具有前兩種避雷器保護性能優點， 而避免它們的缺點得以重視。

4.避雷器運行工況監測

無間隙的氧化鋅避雷器在正常的工作電壓下， 通過閥片的泄漏電流不超過50μA。避雷器失效的主要特征是泄漏電流增大， 運行中不易發現， 有時可能長時間帶病運行。為防止事故發生， 故有必要監測其運行工況———加裝氧化鋅避雷器漏電流在線監測儀。

氧化鋅避雷器也可附帶脫離器， 當其失效損壞時脫離器自動動作（30mA時不大于8min）退出運行， 以免造成更大的損失和事故， 提高運行安全可靠性。

三、技術管理

加強對氧化鋅避雷器的技術管理工作， 既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， 直至該避雷器推出運行。

據國內外有關技術資料統計， 氧化鋅避雷器損害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， 但應有一定比例損害的原因不詳， 故應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得以預防和完善。

參考文獻：

[1]張育華； 金強，復合外套避雷器在電力系統中的應用[J]，電瓷避雷器，2007（02）

[2]趙飛燕；趙先堃；氧化鋅避雷器在電力系統中的應用問題分析[J]，科技信息，2007（05）