外部過電壓情況下氧化鋅避雷器的安全狀況

謝灣灣

（晉城無煙煤礦業集團有限責任公司 山西省晉城市 048000）

1 引言

避雷器又叫過電壓保護器，是保護電力系統安全的重要電力設備，能避免瞬間過電壓對電氣設備的損傷，一般安裝在電網導線和地線間。過電壓是指電力系統在某些因素影響下工作電壓發生異常升高并超過額定電壓10%并持續時間1 分鐘的異常現象[1]。過電壓對電力系統的正常運行有著較為嚴重的危害。過電壓可以分為外部過電壓和內部過電壓，內部過電壓是指系統中磁能和電能之間的轉化以及能量通過電容的傳遞、操作不當、電源設備運行情況變化、線路參數選擇不當從而使得工頻電壓或高次諧波電壓下發生的諧振等產生的過電壓；外部過電壓主要是指因雷電等自然因素導致的過電壓現象。當電力系統遭遇外部過電壓時，會導致電力系統中的電流和電壓迅速增大，易導致電力設備的燒毀、損壞，對避雷器的安全穩定運行造成一定的影響[2]。避雷器是保障電力系統正常運行的重要保障，氧化鋅避雷器是一種獲得廣泛應用的避雷器。氧化鋅避雷器的非線性伏安特性非常的好，不存在滅弧問題以及間隙擊穿特性。本文以氧化鋅避雷器為例，分析外部過電壓對避雷器的威脅，并研究避雷器的常見故障處理，為避雷器的安全穩定運行提供有效的保障。

2 外部過電壓對避雷器的安全威脅

2.1 外部過電壓概述

雷擊是一種常見以閃電為表現形式的自然放電現象。據統計，全球平均每天大約發生800 萬次的雷擊。外部過電壓以雷擊為主，是指雷云對地面的瞬時放電現象，可以劃分為直擊雷過電壓、感應雷過電壓兩種[3]。雷擊對建筑物、人畜、樹木有著嚴重的安全威脅，易引起火災、人員傷亡。若雷電擊中電氣設備，如架空輸電線路、輸電線路鐵塔，瞬時的強大雷擊電壓會導致電氣設備發生過電壓，會對電氣設備造成嚴重損壞，若導致大面積的停電，也會影響社會生產和人們的日常生活，并造成較大的經濟損失，尤其在交通不便的地區、山嶺地區，高海拔地區等特殊地理位置地區，遇到雷電并伴有瞬間大風急雨等極端天氣，往往會導致樹木倒在導線上、倒桿斷線等情況發生，在這些地區，巡視查找故障的難度也大大增加，若處理不及時，可能造成嚴重的電力事故。

2.2 氧化鋅避雷器在外部過電壓下的安全分析

在外部過電壓的情況下，避雷器所承受的過電壓大小和次數都是無法預知的，當雷電電壓很高的情況下，假如直接擊中輸電線路，線路中的電壓是瞬時升高，避雷器直接動作，氧化鋅避雷器就相當于導體，電阻就會非常的小，通過歐姆定律就可以知道此時流過氧化鋅避雷器的電流是非常大的，雖然氧化鋅的通流容量是很大的，但是因為雷電是很難預測的，所以這樣很容易就會燒毀無間隙氧化鋅避雷器[4]。

圖1：避雷器泄漏電流表工作原理圖

對5KA 和10KA 等級的無間隙氧化鋅避雷器的雷電沖擊電流試驗時，IEC60099-4 規定為65KA 和100KA，GB11032-2000 規定為40KA 和65KA。有研究認為，GB11032-2000 規定的沖擊電流值比IEC60099-4 低[5]。但是，實際打雷時通過氧化鋅避雷器的雷電流不可能很大。

2.3 氧化鋅避雷器正常運行的監視

目前，避雷器泄露電流的大小是衡量避雷器正常運行的重要參數。因此，采用有效方法測量泄漏電流值對保障避雷器的安全運行有著非常重要的作用。圖1為避雷器泄漏電流表工作原理圖，主要由避雷器、泄漏電流表、屏蔽環、絕緣襯套等構成。避雷器中的大部分外部故障及內部故障均可以通過泄漏電流表來進行監測。

泄露電流主要分為外部漏電流和內部漏電流。其中因外部漏電流一般是通過瓷套外部、絕緣襯套、屏蔽環或底座引入地下。內部避雷器主要通過避雷器內部、底座或引線接入泄露電流表中[6]。當泄漏電流超過門限值時，則會啟動報警。

此外，在日常巡視中，還應定期抄錄泄露電流值進行研究，若讀數有異常，則應對避雷器進行檢查，確保避雷器的正常運行。在正常巡視中，要注意檢查以下項目：

（1）避雷器與電流表有無積水，表盤讀數是否有異常；

（2）檢查避雷器表面的是否有破損、裂紋，是否存在放電現象；

（3）檢查避雷器相接的導線及接地引線是否有表皮損壞、燒傷等；

（4）檢查避雷器內部是否有異響；

（5）在雷雨天氣進行嚴格檢查。

在日常巡視的過程中，尤其要注重對對常年使用的避雷器進行檢查，要保證接地引下線不得出現銹蝕或者斷裂的狀況。需要定期進行帶電測量阻性電流，有效進行氧化鋅避雷器帶電測試是保證變電主要設備穩定安全運行的重要方式，在測試的過程中，會有各種干擾因素，要及時做好每一組數據的記錄進行對比。同時還要做好在線監測裝置的及時清理工作，以防出現監測誤差。

2.4 外部過電壓對避雷器的安全威脅

2.4.1 氧化鋅避雷器泄漏電流表指示異常

導致泄露電流表讀數發生異常的因素主要有：

（1）避雷器屏蔽環軟線脫落。為了降低避雷器的外絕緣間距，屏蔽環一般加載在最后一級磁群下。在長期的運行中易出現因固定不牢二出現的屏蔽環軟線脫落所導致電流表發生短路，導致電流表無讀數。

（2）電流表指針發生卡阻或損壞。泄露電流表在長期工作中易發生機械故障，導致指針卡阻或損壞，使電流表的讀數固定于某個數值處，對避雷器的正常運行產生嚴重影響。

（3）潮濕天氣影響。正常天氣下，泄露電流表的讀數一般為0.5-1mA，在雷雨大風天氣時，避雷器底座的阻值會有所降低，會因泄露電流分流而導致電流表讀數變小[7]。如果避雷器無故障，這對避雷器的正常運行并無影響。但若避雷器內部老化或受潮，泄漏電流會逐漸增大，使表的讀數增加而達到正常值或有所超出，這會導致技術員的誤判，無法及時發現避雷器的潛在故障。

（4）引線接觸不良。若引線與電流表接觸的部分已經老化、生銹，會導致銜接處的過渡電阻變大，使得電流變小。

（5）避雷器內部受潮。受潮會使得避雷器的絕緣效果下降，絕緣能力下降會導致泄漏電流表的讀數大大增加[8]。內部受潮一般是由避雷器封閉系統不佳所導致，受潮會導致沿面爬電，使得溫度升高，情況嚴重時甚至會導致閃絡擊穿。若不及時進行處理，若再次遭受外部過電壓，甚至會引起擊穿爆炸。

2.4.2 氧化鋅避雷器發生爆炸

導致氧化鋅避雷器發生爆炸的因素主要有：

（1）單相接地。單相接地會導致無故障相的對地電壓增大至線電壓，處于過電壓的工作狀態下，若持續時間過長，易會發生爆炸。

（2）鐵磁諧振過電壓。當發生鐵磁諧振過電壓時，會使得避雷器發生放電現象，導致內部原件燒毀，進而引發爆炸。

（3）封閉不良。避雷器的密封墊圈因在長期運行下出現裂紋或發生松動，導致其封閉性下降，進而引發爆炸。

（4）強污穢影響。由于一些強污穢的影響，強雷電天氣中往往會導致氧化鋅電阻片電壓分布不均勻，承受電壓高的電阻片瞬間不能承受大的能量而急速劣化，從而導致貫穿性擊穿放電，電弧從內部將絕緣筒沖開。

3 氧化鋅避雷器的故障處理

氧化鋅避雷器在運行時發生故障，應立即進行登記，啟動處理程序。當出現以下幾種問題時，應當做如下處理：

3.1 陶瓷出現裂紋

當陶瓷發生裂紋時，應根據現場情況進行處理。若在雷雨天氣時發現，要盡量保證避雷器正常運行，等雷雨天氣過后再進行現場處理。若瓷質裂紋導致了閃絡且未接地，若是條件允許可暫停使用避雷器[9]。在常規天氣下，避雷器瓷套若出現裂紋，首先需要向調度申請停電，進行避雷器的更換工作。

3.2 避雷器溫度過高

當避雷器溫度過高時，會引起一列問題，例如會引起總電流、阻性電流和功率損耗增大，避雷器電壓升高、濕度增加或者避雷器表面積累的污垢嚴重也會導致這些問題[10]。因此要做好監控工作，可以依據紅外檢測管理標準針對避雷器進行紅外熱像儀溫度檢測工作。一旦出現異常需及時拍攝存在問題的避雷器的圖片，并進行及時的分析上報。

3.3 避雷器電流表讀數發生異常

當電流表讀數超出正常值20%時，應加大巡視力度，若繼續增加則應立即登記匯報，并進行停電檢查，查找出故障原因并進行維修[11]。若讀數減小甚至降低為0 時，一般與內部原件損壞、表頭故障或絕緣底座性能下降導致，應有針對性的進行處理。

4 小結

外部雷擊是自然界的正常現象，氧化鋅避雷器是保障電力系統安全穩定運行的有效手段，將氧化鋅避雷器并聯在線路絕緣子的兩端，用于限制雷電過電壓，能有效提高線路耐雷水平，尤其是用于雷電活動頻繁、巡線較為困難的山區。在長期的運行中，尤其是在外部過電壓的影響下，氧化鋅避雷器易發生各類故障，技術人員應積極加強技術研究，加強巡邏，及時發現氧化鋅避雷器的各種異常，并做好及時的數據記錄和分析，為電力系統的安全穩定運行提供堅實的基礎。千里之堤，以螻蟻之穴潰；百尺之室，以突隙之煙焚。大的事故往往是小問題不斷積累所至，電力傳輸已經是人們生產生活所必備的基礎，因此我們要認真對待線路巡邏工作，及時發現問題并解決問題，避免重大事故的發生。