電力系統中氧化鋅避雷器的選型及應用

李剛，武艷龍，高騫，申亭

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

氧化鋅避雷器在電力系統中的主要作用是吸收雷電過電壓和操作過電壓的沖擊能量。主體元件采用具有伏安特性的非線性金屬氧化物電阻片組裝而成，內部無間隙。當系統出現過電壓時，電阻片呈低電阻，處于導通狀態，在釋放過電壓能量的同時，限制了過電壓的幅值，從而保護了設備；正常運行時，電阻片呈高電阻，流過的電流僅為微安級，起到了與系統絕緣的作用[1]。

長期以來,陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司(以下簡稱“北元化工”)過電壓保護器誤動作的情況時有發生，造成生產系統降流量、停車以及重大設備損壞。因此，北元化工于2019年10月開始逐漸將全公司過電壓保護器更換為復合外套無間隙金屬氧化鋅避雷器(以下簡稱“氧化鋅避雷器”)，防止電力系統的輸變電設備受過電壓的危害。筆者根據近兩年的實際工作經歷，探討氧化鋅避雷器在化工生產企業中的應用經驗。

1 氧化鋅避雷器的選型

1.1 氧化鋅避雷器的類型

選擇氧化鋅避雷器時，應根據被保護設備確定避雷器類型，保護對象不同，氧化鋅避雷器型號也不同。氧化鋅避雷器按其使用場合和保護對象，主要分為電站用、配電用、并聯電容器用、變壓器中性點用、發電機用、電動機用和發電機中性點用等類型。

1.2 氧化鋅避雷器額定電壓的選擇

額定電壓是施加到氧化鋅避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值。型號為YH5WD-17.5/40的避雷器，其額定電壓為17.5 kV，表示當過電壓有效值達到17.5 kV時，氧化鋅避雷器就會開始工作。在相同的系統標稱電壓下，氧化鋅避雷器的額定電壓選得越高，在運行中通過氧化鋅避雷器的泄漏電流就越小，對減輕氧化鋅避雷器的劣化有利，可以提高運行的可靠性。但另一方面，氧化鋅避雷器的額定電壓高，殘壓也相應增高，在同樣的絕緣水平下，保護裕度會降低，這兩方面是矛盾的。因此，在選擇氧化鋅避雷器額定電壓時，要充分考慮被保護設備的絕緣水平。

1.3 氧化鋅避雷器的持續運行電壓的選擇

持續運行電壓是指長期作用在氧化鋅避雷器上的最高工頻電壓的有效值，在選擇氧化鋅避雷器持續運行電壓時，要考慮系統的中性點接地方式。在中性點直接接地系統中，接在相對地的無間隙氧化鋅避雷器，其持續運行電壓應不低于系統的最高工作相電壓。在中性點非直接接地系統中，如果單相接地故障在10 s及以內切除，無間隙氧化鋅避雷器持續運行電壓應不低于系統的最高工作相電壓。如果單相接地故障在10 s以上切除，其持續運行電壓一般不應低于系統的最高工作線電壓。

1.4 氧化鋅避雷器的標稱放電電流的選擇

氧化鋅避雷器標稱放電電流按遠方雷電侵入波的概率統計及變電站的重要性，一般可按表1進行選擇。

表1 氧化鋅避雷器標稱放電電流選擇對照表

2 氧化鋅避雷器的安裝

(1)在貯存、開箱和安裝過程中，應注意避免氧化鋅避雷器受到沖擊和碰撞(尤其注意不得劃傷避雷器硅橡膠外套)，如受到沖擊和碰撞，應仔細檢查，確認內部結構及密封無損壞，方可安裝使用。

(2)氧化鋅避雷器每根連接導線的線鼻子壓緊后，必須進行熱縮、鍍錫處理。

(3)氧化鋅避雷器的安裝必須保證與主回路的安全距離：10 kV不同相間和相對地之間的凈距離不小于130 m，避雷器下引線與柜體保證35 mm的安全距離。若避雷器安裝在接地刀閘處，在保證安全距離的前提下不得影響接地刀閘的分合操作。

(4)所有氧化鋅避雷器必須進行“直流1 mA參考電壓U1 mA及0.75U1 mA電壓下的泄漏電流”交接試驗,并出具試驗報告，確定試驗合格后方可使用。

(5)安裝氧化鋅避雷器時，復合外套傘裙朝下，避雷器中心線相對于鉛直線的傾斜度不得大于避雷器總高的1.5%。

(6)監測器應串接于避雷器與地之間，在避雷器的底部法蘭與地之間確定一個合適位置，用Φ10×35的螺栓通過接地安裝端將其固定，接地端可靠接地；將避雷器的底部與監測器的輸入端通過不小于16 mm2的地線牢固連接。

(7)更換監測器時，必須先用接地線將避雷器的接地端可靠接地(先接接地線，后接氧化鋅避雷器的接地端)，然后再拆卸監測器。重新安裝監測器后，再將接地線去除(先斷開避雷器的接地端，后斷開地線)，一定要注意安全。

3 氧化鋅避雷器巡檢及試驗

(1)檢查氧化鋅避雷器外觀，表面應無裂紋，復合外套無電蝕痕跡，無異物附著,高壓引線、接地線連接正常。環境干燥、通風，溫度在-30～30 ℃之內。

(2)檢查氧化鋅避雷器監測器電流表，記錄當前持續電流值，并與同等運行條件下其他避雷器的持續電流值進行比較，應無明顯差異。在電流表量程內采用彩色刻度分別標出氧化鋅避雷器的泄漏電流的運行區域。綠色：泄漏電流在氧化鋅避雷器的正常工作范圍。黃色：泄漏電流不在氧化鋅避雷器的正常工作范圍，須及時進行檢查并監控。紅色：泄漏電流已超出氧化鋅避雷器的正常工作范圍，須檢修或更換。

(3)應記錄監測器的指示數據。

(4)使用紅外熱像檢測。用紅外熱像儀檢測氧化鋅避雷器本體及電氣連接部位，紅外熱像圖顯示應無異常溫升。

(5)進行直流參考電壓U1 mA及0.75U1 mA下泄漏電流試驗(型號為YH2.5W5-14/30的電動機用氧化鋅避雷器在1 mA下直流參考電壓≥19.3 kV，在0.75倍直流參考電壓下泄漏電流≤50 μA)。U1 mA偏低或者0.75U1 mA下泄漏電流偏大時，應先排除電暈和外絕緣表面泄漏電流的影響。規程規定：U1 mA實測值與初始值(或制造廠規定值)比較，變化應在-5%～5%之間；0.75U1 mA下泄漏電流應不大于50 μA[1]。

(6)測試氧化鋅避雷器底座絕緣電阻，用2 500 V絕緣電阻表測量。

(7)對放電計數器功能進行檢查。如果已有一兩年未檢查，有停電機會時檢查校驗動作性能，連續試驗5～10次，均能準確動作計數，則認為性能合格，完畢應記錄當前基數。若裝有電流表，應同時校驗電流表，校驗結果應符合要求。