周志敏 山東萊蕪鋼鐵集團公司動力部
摘要：根據(jù)氧化鋅避雷器的發(fā)展及分類,對氧化鋅避雷器的選用和應用中的問題作以闡述，結(jié)合氧化鋅避雷器應用中的問題,提出相應的技術(shù)措施。
關鍵詞：氧化鋅避雷器 應用選型 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的新技術(shù)，我國從1976年開始進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，并引進國外先進技術(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?shù)囊?guī)模和水平，采用國際標準生產(chǎn)的產(chǎn)品都以接近或達到國際先進水準�，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。從部標到國標（GB11032—89），直至與IEC99—4靠攏的國標GB11032—XXXX（修訂報批稿）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用，為提高氧化鋅避雷器安全可靠運行的水平，在生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品設計水平和制造質(zhì)量的同時，也要加強對運行中氧化鋅避雷器進行嚴格有效的檢測和定期預防性試驗，及開展氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測，都是保證其安全可靠運行的有效手段。
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、消化、移植國外的先進技術(shù)的發(fā)展階段，現(xiàn)已開發(fā)研制具有自己獨立知識產(chǎn)權(quán)的系列產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已達到國際先進水平，并與國際標準接軌參與國際
市場的競爭。
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)指標進行分類：
2.1按電壓等級
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以上等級的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致可劃分為500kV、220kV、110kV、66kV四個等級等級。
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四個電壓等級。
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四個電壓等級。
2.2按標稱放電電流
氧化鋅避雷器按標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)補償電容器組保護型、電氣化鐵道型、電動機及電動機中性點型、變壓器中性點型七類。
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等級，Ⅰ級為普通型、Ⅱ級為用于中等污穢地區(qū)（爬電比距20mm/KV）、Ⅲ級為用于重污穢地區(qū)（爬電比距25mm/kV）、Ⅳ級為用于特重污穢地區(qū)（爬電比距31mm/kV）。
2.4.2.復合外套；復合外套氧化鋅避雷器是用復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。該系列產(chǎn)品除具有瓷外套氧化鋅避雷器的一切優(yōu)點外，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、平時不需維護、不易破損、密封可靠、耐老化性能優(yōu)良等優(yōu)點。
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注意它的參數(shù)的正確選擇，否則將會在運行中發(fā)生各類問題，甚至導致事故發(fā)生。
3.1標稱放電電流
因氧化鋅避雷器的標稱放電電流分為五類，在選用時應根據(jù)避雷器的應用場合和避雷器的技術(shù)參數(shù)來選擇，見表1。
|
標稱放電電流（kA） |
避雷器額定電壓（kV有效值） |
大電流沖擊電流值（kA峰值） |
大電流壓力釋放預期對稱電流（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 |
補償電容器用避雷器 |
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5≤Ur≤108 |
16 |
電站用避雷器 |
|
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 |
電動機用避雷器 |
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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 |
電機中性點用避雷器 |
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60≤Ur≤207 |
5 |
變壓器中性點避雷器 |
注：1.括號內(nèi)大電流沖擊峰值為推薦值；
2.根據(jù)運行條件，電流峰值可取其他值（較高或較低）。
3.2額定電壓
按IEC標準規(guī)定，避雷器在注入標準規(guī)定的能量后，必須能耐受相當于額定電壓數(shù)值的暫時過電壓至少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為暫時過電壓，kV。
在選擇避雷器額定電壓時，僅考慮單相接地、甩負荷和長線電容效應引起的暫時過電壓。
3.3最大持續(xù)運行電壓
一般情況下，避雷器最大持續(xù)運行電壓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，
Uc≥Um/1.732
10s以上切除故障時，
Uc≥Um （35～66kV）
Uc≥1.1Um （3～10kV）
3.4雷電沖擊保護水平
避雷器標稱放電電流（8/20μs）下的殘壓值為避雷器的雷電沖擊保護水平。陡波標稱放電電流（1/5μs）下的殘壓值與標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水平應滿足保護電力設備絕緣配合的要求。即滿足電氣設備全波沖擊絕緣水平與雷電沖擊保護水平之比不得小于1.4。
3.5操作沖擊保護水平
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水平。操作沖擊絕緣配合系數(shù)應滿足：電氣設備的操作沖擊絕緣水平與操作沖擊保護水平之比值不得小于1.15。
3.6壓力釋放等級
在大氣中使用帶有壓力釋放裝置的避雷器，應按避雷器安裝點可能的最大短路電流有效值進行選擇。不同的標稱放電電流具有不同的壓力釋放等級。
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)不同污穢等級的要求值進行選取，在選擇上要取上限值，以確保其運行的安全性。
4.氧化鋅避雷器運行中的問題分析
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，在溫差變化較大時或運行時間接近產(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，放電嚴重時避雷器內(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)部放電不太嚴重時可引起系統(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，勢必導致電阻片中電流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大1～2個數(shù)量級，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、變頻設備的應用及軋鋼生產(chǎn)的沖擊負荷等的影響，使電網(wǎng)上的高次諧波值嚴重超標。由于電阻片的非線性，當正弦電壓作用時，還有一系列的奇次諧波，而在高次諧波作用時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)量控制點控制不嚴，而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強，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
針對冶金電網(wǎng)的特點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)上安全可靠運行，應采取以下措施：
5.1.設計選型
在設計選型上，應首選有多年穩(wěn)定運行實踐的產(chǎn)品，在選擇生產(chǎn)廠時，應選擇有先進的工藝設備和完善的檢測手段的生產(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)定運行。
5.2.在線監(jiān)測
增設氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測儀，并加強對在線監(jiān)測儀的巡檢力度，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行各項電氣性能測試及在線監(jiān)測儀的校驗。
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
加強電網(wǎng)諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設動態(tài)無功補償和濾波裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國家標準允許范圍內(nèi)。
5.5.技術(shù)管理
加強對氧化鋅避雷器的技術(shù)管理工作，即對運行在網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術(shù)檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監(jiān)測儀的運行記錄均要存入技術(shù)檔案，直至該避雷器退出運行。
據(jù)國外有關技術(shù)資料統(tǒng)計，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(huán)境等的隨機性，都決定著氧化鋅避雷器的安全運行的可靠性，故需在今后的工作實踐中去研究、實驗、探索和總結(jié)，以使得其在運行中的不安全因素可得以預防和完善。
