氧化鋅避雷器的選型措施

錢永林

（山西晉煤集團 晉圣永安宏泰煤業(yè)，山西 晉城 048006）

1 避雷器的概述

氧化鋅避雷器是20 世紀70 年代出現(xiàn)的性能優(yōu)良的電壓保護裝置，我國從日本引進氧化鋅避雷器技術及裝備，由引進到吸收、消化、技術改進用了3 年時間，于80 年代中期達到國際先進水平。晉煤集團于20 世紀90年代中期開始引進氧化鋅避雷器，90 年代末期在全系統(tǒng)中迅速推廣。但是由于生產(chǎn)廠家優(yōu)劣不齊，設計部門選型不當，運行部門維護經(jīng)驗不足，由此引發(fā)的電網(wǎng)事故時有發(fā)生。

2 避雷器的分類

氧化鋅避雷器據(jù)其電壓等級、使用地點、結構、用途等情況，大致分為下列類型。

2.1 按電壓等級分類

1）高壓類：是指66 kV 以上的等級的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致分為500 kV、220 kV、110 kV 和66 kV 4個等級。

2）中壓類：是指3 kV～66 kV（不包括66 kV）范圍內(nèi)的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致分為3 kV、6 kV、10 kV和35 kV 4 個等級。

3）低壓類：是指3 kV 以下（不包括3kV）的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致分為1 kV、0.5 kV、0.38 kV 和0.22 kV 4 個等級。

2.2 按標稱放電電流分類

氧化鋅避雷器按標稱放電電流大、能更好釋放操作過電壓能量的能力，可滿足超高壓系統(tǒng)絕緣配合的需要為原則。按放電電流大小分為20 kA、10 kA、5 kA、2.5 kA和1.5 kA 5 類。

2.3 按用途分類

氧化鋅避雷器按用途分為：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、變壓器中性點氧化鋅避雷器7 種類型。

2.4 按外護套類型分類

1）瓷外套類：以陶瓷作為氧化鋅避雷器的絕緣外護套，其按耐污性能分為4 個等級：Ⅰ級為普通型（爬電比距為17 mm/kV）、Ⅱ級用于中等污穢地區(qū)（爬電比距20 mm/kV）、Ⅲ級用于重污穢地區(qū)（爬電比距25 mm/kV）、Ⅳ級用于特重污穢地區(qū)（爬電比距31 mm/kV）。

2）復合外套類：是用復合硅橡膠材料做外套，選用高性能的氧化鋅電阻片，內(nèi)部采用特殊結構，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)品除有瓷外套氧化鋅避雷器的一切優(yōu)點外，還有絕緣性能、高的耐污穢性能、良好防爆性能，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。

3）GIS 罐式類：是避雷器發(fā)展的新領域，采用了絕緣性能優(yōu)良的SF6 氣體絕緣介質(zhì)，使得絕緣性能大幅度提高。

2.5 按性能分類

氧化鋅避雷器按結構性能分為：無間隙（W）、帶串聯(lián)間隙（C）、帶并聯(lián)間隙（B）3 類。

2.5.1 無間隙氧化鋅避雷器

1）無間隙氧化鋅避雷器主要限制操作過電壓。因結構簡單緊湊、電氣特性優(yōu)良，發(fā)展過程中始終處于主流地位，其特點有：①結構簡單，內(nèi)部零件大為減少，不但降低了出現(xiàn)故障的概率，而且有利于制造廠實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、提高效益。②保護性能好，電阻片具有良好的非線性伏安特性，正常工作電壓下續(xù)流值僅為毫安級，無需串聯(lián)間隙，消除了因間隙擊穿、特性變化造成的影響。③吸收能量大，電阻片單位體積吸收能量較傳統(tǒng)的閥式避雷器電阻片大5～10 倍。④保護效果好，只要過電壓超過避雷器的額定電壓，保護作用就能開始，這對降低頻繁作用的過電壓、減少異常絕緣擊穿、延長設備壽命都有積極作用。⑤運行檢測方便，能通過帶電檢測避雷器特性的變化。⑥由于沒有串聯(lián)間隙，電阻片不僅承受雷電和操作過電壓作用，還要承受正常持續(xù)運行過電壓和暫時過電壓，因此，存在著在這些電壓作用下的惡劣化和熱穩(wěn)定問題。

2）無間隙氧化鋅避雷器適用于各變電站、配電變壓器、電纜、并聯(lián)電容器、發(fā)電機、電動機和電力線路等。

2.5.2 間隙氧化鋅避雷器

1）根據(jù)被保護對象的特點，例如輸電線路和諧振過電壓多發(fā)的地方，可選用有串聯(lián)間隙的避雷器。對于絕緣較弱、要求殘壓較低時，還可選用有并聯(lián)間隙的避雷器。有間隙避雷器的特點如下：①有串聯(lián)間隙的避雷器，使電阻片與帶電導線隔離，可避免系統(tǒng)單相接地引起的暫時過電壓、弧光接地、諧振過電壓對電阻片的直接作用。但串聯(lián)間隙后，也就不具備無間隙避雷器的優(yōu)點。②有并聯(lián)間隙的避雷器是在一部分電阻片上并聯(lián)間隙，當雷電流達到一定幅值時，這部分電阻片上的殘壓使間隙放電而短路。當雷電流幅值等于標稱放電電流時，避雷器的殘壓值可低于無間隙避雷器的殘壓。對保護雷電沖擊絕緣水平較低的設備，如發(fā)電機等，有一定優(yōu)越性，但結構較復雜。③若與普通碳化硅閥式避雷器相比，具有相近保護特性時，避雷器沒有續(xù)流或續(xù)流很小。如果保持續(xù)流相近，則殘壓值比碳化硅閥式避雷器低；在中性點非直接接地系統(tǒng)中，殘壓值比無間隙的避雷器的殘壓低。④有間隙的避雷器一般用于線路或3～66 kV 中性點非直接接地系統(tǒng)中的保護。

2）有間隙氧化鋅避雷器適用于多發(fā)生雷電過電壓的架空線路、變電站、以及與架空線路相連接的配電變壓器、發(fā)電機、分段開關、刀閘和電纜等。

3 避雷器選型誤區(qū)

由于選型人員缺乏防雷知識，對氧化鋅避雷器選型不夠重視，簡單認為只要裝了避雷器就有防雷作用，造成避雷器的選型錯誤，使得避雷器在實際運行中根本起不到應有的保護作用。根據(jù)多年現(xiàn)場工作經(jīng)驗，選型錯誤主要表現(xiàn)在以下方面。

3.1 選型時未考慮環(huán)境影響

氧化鋅避雷器選型時，應按當?shù)氐暮０胃叨?、氣溫、風速、污穢、地震等條件選擇。若用戶訂貨時未作具體要求，則生產(chǎn)廠家會提供正常條件使用的避雷器。

晉煤集團的子分公司遍布全國各省，海拔高度不盡相同。以山西省為例，全省海拔高度1000～2000 m，最高可達3000 m。選型時如果不作具體要求，生產(chǎn)廠家將按正常使用條件“海拔1000 m以下”供貨。高海拔地區(qū)正常使用條件下的避雷器的爬電比距要大；避雷器內(nèi)部絕緣件及外套絕緣的雷電沖擊水平，也比正常使用條件的避雷器要高（海拔每升高100 m，雷電沖擊水平升高1%）。由此可見，海拔越高，選型錯誤對被保護設備造成的危害越嚴重。

3.2 選型時未考慮保護對象

不同的電器操作中產(chǎn)生的過電壓幅值、沖擊電流是不同的，故需配備不同型號的避雷器。若選擇不當，就不能發(fā)揮應有作用，甚至發(fā)生事故。

現(xiàn)以10 kV 系統(tǒng)電動機用的避雷器為例說明：由表1 知,變電站和電動機用的避雷器型號不同，參數(shù)也有較大差別。電動機的沖擊絕緣強度在同一電壓等級電氣設備中是較低的。額定電壓10.5 kV 電動機，出廠沖擊耐壓34 kV（幅值），保護電動機的避雷器電壓參數(shù)相應也低。變電站10 kV 變壓器、斷路器出廠沖擊耐壓75 kV（幅值），相應避雷器電壓參數(shù)也大。因此兩者不能互換使用；當電動機誤裝變電站避雷器，當電動機遭受過電壓侵襲時，避雷器動作，可將過電壓限制在不大于45 kV 殘壓下，這比電動機專用避雷器殘壓31 kV 高出14 kV，殘壓的增高可能導致電動機絕緣沖穿，甚至引發(fā)爆炸事故。

表1 10 kV 變電站用避雷器與電動機用避雷器的參數(shù)對比

3.3 避雷器額定電壓的選擇錯誤

氧化鋅避雷器的額定電壓是指允許加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值。額定電壓下，氧化鋅避雷器應能吸收規(guī)定的雷電或操作過電壓能量，其自身特性基本不變，不發(fā)生熱擊穿。交流電力系統(tǒng)中，作用于電器設備上的電壓有運行工作電壓、工頻過電壓、操作過電壓、雷電過電壓。不同的自然條件及各種過電壓，對電力設備的安全運行構成威脅。氧化鋅避雷器的主要任務是將變電站內(nèi)各類設備上的過電壓限制在絕緣可承受的范圍內(nèi)，并使自身的損壞率控制在可接受的范圍內(nèi)。

表2 35 kV 氧化鋅避雷器的技術參數(shù) /kV

現(xiàn)以表2 為例，選型時若避雷器的額定電壓選擇的較高，則其允許的持續(xù)運行電壓就高，標稱電流下的殘壓也隨之提高，但保護裕度卻會減小，被保護設備的絕緣所受的電應力就會很大；反之，若避雷器的額定電壓選擇的較低，則其允許的持續(xù)運行電壓就低，標稱電流下的殘壓也隨之降低，雖然保護裕度增大了，但有可能帶來安全事故。因此，氧化鋅避雷器選型時，應根據(jù)系統(tǒng)電壓等級、運行時過電壓的幅值、保護設備類型、故障切除時間等情況，選擇最佳的避雷器額定電壓值，以取得較大的保護裕度。根據(jù)晉煤集團供電系統(tǒng)電壓等級和保護設備的不同情況，筆者給出氧化鋅避雷器額定電壓的選擇建議（如表3 所示），提供同行參考。

表3 避雷器額定電壓的選擇建議 /kV

3.4 標稱放電電流的選擇錯誤

避雷器標稱放電電流是表示避雷器保護特性和能量吸收能力的主要參數(shù),其選擇數(shù)值直接影響絕緣配合的整個程序,影響變電站過電壓保護的可靠性和避雷器本身運行的可靠性。有許多人認為避雷器標稱放電電流選擇的越大、保護效果越好，這種選法是錯誤的。廠家樣本反應避雷器電壓等級越高，標稱放電電流越大。若避雷器的額定電壓選擇的較高，則殘壓也隨之提高，但設備保護裕度卻會因此而減小，被保護設備的絕緣所受的電應力就會增大，無形中放大了絕緣擊穿的風險。

按國標DL/T620 規(guī)定，通過避雷器的雷電流與其所在地區(qū)的雷電日水平、雷電頻度、線路防雷設計、變電站的設備布置、以及變電站所處的地形等諸多因素有關。因此集團公司110 kV 系統(tǒng)避雷器標稱放電電流應按5 kA選擇，在雷電活動特別強烈的地區(qū)（如寺河礦地區(qū)）可選用10 kA 避雷器；35 kV 及以下系統(tǒng)，從技術經(jīng)濟考慮，按照被保護設備的不同，標稱放電電流可按表4 選擇。

4 避雷器選型的相關措施

闡述氧化鋅避雷器的選型誤區(qū)，是提醒選型時，應詳細提供安裝地點的環(huán)境條件、設備類型等資料，以避免因選型不當而發(fā)生事故。要在做到正確選型的同時，還應加強相關方面的監(jiān)督與管理。

1）運行單位要加強對氧化鋅避雷器的全過程質(zhì)量管理，要從設計安裝著手，實行規(guī)范化的管理定期檢修，淘汰劣質(zhì)產(chǎn)品，防止劣質(zhì)設備進入電網(wǎng)。

2）提高交接驗收質(zhì)量，檢查制造、安裝、運行中可能存在的缺陷；例如制造過程中受潮，運輸過程中受損，安裝位置不當，受力過大引起的外護套裂紋等故障隱患。

3）豐富氧化鋅避雷器的試驗手段，提高設備健康水平。在每年雷雨季節(jié)來臨前，及時進行氧化鋅避雷器的預防性試驗，檢查氧化鋅避雷器的各元件是否良好，參數(shù)是否符合要求，查看安裝計數(shù)器的動作是否良好。防止氧化鋅避雷器在運行中誤動作和爆炸事故。

4）提高運行人員的業(yè)務能力；雷雨之后要及時查看放電計數(shù)器動作次數(shù)，觀察在線監(jiān)測儀泄漏電流指示是否在雷擊前位置，并按變化情況確認氧化鋅避雷器健康狀況，如有異常應及時將氧化鋅避雷器退出運行。

5 結束語

使用單位只要正確選擇氧化鋅避雷器的型號，提高安裝驗收質(zhì)量，加強運行管理，科學合理地開展設備檢修，氧化鋅避雷器就能發(fā)揮出優(yōu)良的保護作用，從而確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

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