探究電力系統(tǒng)中避雷器的運用

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 楊偉超

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探究電力系統(tǒng)中避雷器的運用

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 楊偉超

【摘要】這篇文章在簡單介紹避雷器工作原理和發(fā)展史的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)分析避雷器在電力系統(tǒng)運用中可能存在的四個問題，并針對這些問題進(jìn)一步闡述了避雷器運用于電力系統(tǒng)領(lǐng)域行之有效的三大技術(shù)措施，希望能為電力系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展提供參考性的資料，促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；避雷器；運用

1　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對電力系統(tǒng)的安全性要求越來越高，避雷器作為電力系統(tǒng)必不可少的安全保護(hù)設(shè)施之一，對電力系統(tǒng)免遭雷電沖擊波的攻擊起到有效的預(yù)防作用，其安全性能也備受人們關(guān)注。在電力系統(tǒng)正常工作過程中，發(fā)生雷擊時，會有較強(qiáng)的雷電沖擊波通過沿線路侵入到變電站，導(dǎo)致電壓急劇升高。在這種情況下，如果線路上或變電站安裝有避雷器，避雷器首先會通過放電將雷電流經(jīng)過導(dǎo)體引入到大地，接地裝置會將雷電壓的幅值限制在被保護(hù)線路所能承受的沖擊安全范圍內(nèi)，確保電力系統(tǒng)的安全。

避雷器按其時間發(fā)展的先后順序可分為以下5種：①保護(hù)間隙避雷器，是形式最簡單的一種避雷器；②管型避雷器，它是保護(hù)間隙的另一種形式，它與保護(hù)間隙的不同在于它可以在放電后進(jìn)行自行滅弧；③閥型避雷器，把單個的放電間隙分成若干個短的串聯(lián)間隙，并增加了非線性電阻，使保護(hù)性能得到提高；④磁吹避雷器，利用磁吹式火花間隙，加強(qiáng)了滅弧能力，同時還具有限制內(nèi)部過電壓的功能；⑤氧化鋅避雷器，利用氧化鋅閥片伏安特性，即在正常工頻電壓下呈高電阻特性，在高頻電壓下呈現(xiàn)低電阻特性，限制了避雷器上的電壓，同時具有無間隙、無續(xù)流殘壓低等優(yōu)點，也能有效的限制內(nèi)部過電壓，目前是使用范圍最廣的一種避雷器。

2　避雷器在電力系統(tǒng)運用中的問題探討

2.1避雷器連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力

連續(xù)雷電沖擊，是指電力系統(tǒng)兩次或兩次以上遭受到雷電入侵波，并且次與次之間的時間差極短，一般在數(shù)百μs至數(shù)千μs以內(nèi)。碳化硅避雷器保護(hù)動作的雙重作用體現(xiàn)在：一是泄流雷電，二是泄流工頻續(xù)流，切斷續(xù)流時所用的時間約為10000μs，因此，一次保護(hù)循環(huán)的時間要超過10000μs，也就是說超過10000μs后才可以進(jìn)入下一個動作循環(huán)，可見這種避雷器不具有抵抗連續(xù)雷電沖擊的能力。而氧化鋅避雷器與碳化硅避雷器不同，其保護(hù)動作只是單一地泄放雷電流，電流在100μs之內(nèi)泄放完畢。雷電流泄放完畢后會立即重復(fù)下一個動作，具有再次動作能力，故該類型避雷器對連續(xù)雷電沖擊具有自我保護(hù)能力，這種功能顯然在多雷區(qū)或者雷電活動特別強(qiáng)烈的地區(qū)具有較大的優(yōu)勢。表1從額定電壓、工頻參考電壓、直流1mA電壓、8/20us 5KA 殘壓、2ms方波通流容量五個方面對串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器Y5C1-12.7和碳化硅避雷器Y5W2-12.7/43進(jìn)行技術(shù)參數(shù)分析，圖1所示為氧化鋅避雷器和碳化硅避雷器的伏安特性曲線比較。

表1　串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器Y5C1-12.7和碳化硅避雷器Y5W2-12.7/43技術(shù)參數(shù)分析

2.2避雷器自身對電力系統(tǒng)不安全影響

保護(hù)間隙和管型避雷器在發(fā)生雷電時，當(dāng)間隙擊穿后，避雷器的整體保護(hù)回路上會由于缺乏限流原件，會導(dǎo)致保護(hù)動作引發(fā)接地故障或相間短路故障，增多電力系統(tǒng)的故障率，影響電力系統(tǒng)正常、安全、可靠的運行。為了對保護(hù)作用下的故障發(fā)生起到較好的預(yù)防作用，通常采用氧化鋅避雷器，從根本上防止保護(hù)作用發(fā)生接地故障或相間短路故障，以降低其在雷害作用下斷電的機(jī)率，實現(xiàn)對線路的保護(hù)，無須自動重合閘裝置就能減少電力系統(tǒng)雷害停電事故。

圖1　氧化鋅避雷器和碳化硅避雷器的伏安特性曲線比

2.3避雷器自身過電壓防護(hù)問題

由于避雷器是過電壓保護(hù)設(shè)備， 其自身仍然存在著過電壓防護(hù)問題。所以在一些能量水平有限的過電壓情況下，如雷電過電壓、操作過電壓，避雷器的泄流功能可以形成有效的、良好的限壓保護(hù)作用。但當(dāng)能量無限且有補(bǔ)充能源的過電壓出現(xiàn)時， 如暫態(tài)過電壓（包括工頻過電壓和諧振過電壓），尤其是瞬間過電壓產(chǎn)生時，頻率水平快速升高，或為工頻或為工頻的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍，從而與工頻電源頻率總有合拍的現(xiàn)象。在這種情況下，極易激發(fā)暫態(tài)過電壓，工頻電源能自動補(bǔ)充過電壓能量，加之避雷器泄流使過電壓幅值不衰減或只弱衰減，如果暫態(tài)過電壓處在避免器保護(hù)動作區(qū)域內(nèi)，勢必會導(dǎo)致避雷器持續(xù)不斷的反復(fù)進(jìn)行動作，直至溫度過高發(fā)生熱崩潰，避雷器被毀壞爆炸，因此暫態(tài)過電壓的存在對避雷器裝置帶來較大的致命性危害。如果已經(jīng)把全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)，不受其危害的避雷器我們說它對暫態(tài)過電壓的承受能力相對較強(qiáng)， 反之說它對暫態(tài)過電壓的承受能力相對較差。在眾多避雷器類型中，碳化硅避雷器對過電壓有一定的承受能力，但在其運行過程中動作不具有穩(wěn)定性，會因為沖擊放電電壓下降的問題，處于危險狀態(tài)。無間隙氧化鋅避雷器會由于它的拐點電壓偏低，最大相電壓只有2.21-2.56Uxg，但是存在暫態(tài)過電壓最大值可達(dá)2.5-3.5Uxg，故存在對暫態(tài)過電壓承受能力差的缺點。為了讓避雷器有更強(qiáng)的防護(hù)過電壓能力，就要把所有的暫態(tài)過電壓堵在保護(hù)死區(qū)內(nèi)，恰恰串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)性能就能很好的保護(hù)避雷器。

2.4工頻能源的浪費

在重視避雷器泄放雷電流的限（降）壓保護(hù)作用的同時，也不能輕視或忽視有些器件在泄流的時會對能源造成浪費。保護(hù)間隙或者管型避雷器的保護(hù)動作可能會有短路電流（幾kA至幾十kA）流入大地，而造成能源的浪費。例如，碳化硅避雷器就是在泄流（避雷器FS型為50A，F(xiàn)Z型為80A，F(xiàn)CD型為250A）保護(hù)避雷器的同時浪費了電能，然而氧化鋅避雷器卻可以徹底避免電能的浪費。

3　避雷器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)措施

3.1避免環(huán)境污染對避雷器的不良影響

應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的避雷器大多數(shù)都是放置在室外環(huán)境中，避雷器瓷套不可避免的處于不良環(huán)境的污染下，受到環(huán)境和粉塵的污染，導(dǎo)致瓷套表面不均勻， 進(jìn)而影響電流的分布，使電阻片的電流增加，影響對過電壓的吸收效率。長期處于環(huán)境污染之下，會加劇電阻片的劣化。因此，我們需要大力加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，從根本上對空氣中的粉塵進(jìn)行治理。打造潔凈生活環(huán)境的同時，延長避雷針的使用壽命。與此同時，我們還可以定期對避雷器進(jìn)行清理，給避雷針涂抹保護(hù)油，加強(qiáng)其抗污染性能。

3.2預(yù)防避雷器電阻片的老化現(xiàn)象

避雷器在使用過程中，不可避免的會出現(xiàn)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，產(chǎn)生老化現(xiàn)象的原因一般與廠家密封不嚴(yán)、生產(chǎn)材料抗老化能力差、環(huán)境變化、產(chǎn)品壽命等原因有關(guān)。在避雷針密封不好的情況下，外界中的潮氣不可避免的會侵入到避雷器的內(nèi)部，長此以往會破壞其內(nèi)部的絕緣層，加快電阻的惡化，并有可能引發(fā)爆炸事故。針對避雷器密封和電阻片老化問題，生產(chǎn)廠家要加強(qiáng)技術(shù)控制，嚴(yán)格把關(guān)生產(chǎn)材料，在生產(chǎn)過程中做好密封處理工作。對存在老化跡象的避雷器及時進(jìn)行更換，并采取合理的措施對不良老化現(xiàn)象的避雷器進(jìn)行預(yù)防，采取有效的抑制措施防止老化泄漏導(dǎo)致的電流變大，對放電現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)格控制避免避雷器發(fā)生爆炸。

3.3強(qiáng)化技術(shù)監(jiān)管

避雷器應(yīng)用于電力系統(tǒng)中時，必須要加強(qiáng)技術(shù)管理和控制，不僅要對運用于電力系統(tǒng)中的避雷器建立完整的檔案信息，同時還要實時的記錄避雷器的各項監(jiān)控數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)歸并到避雷器系統(tǒng)檔案中。避雷器的壽命、性能都會受到多反面因素的影響，所以要探究、總結(jié)影響避雷器性能的綜合因素，優(yōu)化操作技能，降低避雷器運用到電力系統(tǒng)階段的不穩(wěn)定因素，提高避雷器安全使用性能。

4　結(jié)束語

避雷器的應(yīng)用起到了有效的防雷和避雷的效果，保證了電力系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和持續(xù)性。針對避雷器在應(yīng)用過程中存在的一些不足，使得我們必須加強(qiáng)對避雷器的科學(xué)分析，采取有效的預(yù)防控制措施，為電力系統(tǒng)提供安全、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，讓避雷器充分發(fā)揮作用，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為電力行業(yè)的健康、持續(xù)的發(fā)展提供保障。

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