電力系統(tǒng)中氧化鋅避雷器的選型及應(yīng)用

李剛，武艷龍，高騫，申亭

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)中的主要作用是吸收雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的沖擊能量。主體元件采用具有伏安特性的非線(xiàn)性金屬氧化物電阻片組裝而成，內(nèi)部無(wú)間隙。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，電阻片呈低電阻，處于導(dǎo)通狀態(tài)，在釋放過(guò)電壓能量的同時(shí)，限制了過(guò)電壓的幅值，從而保護(hù)了設(shè)備；正常運(yùn)行時(shí)，電阻片呈高電阻，流過(guò)的電流僅為微安級(jí)，起到了與系統(tǒng)絕緣的作用[1]。

長(zhǎng)期以來(lái),陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北元化工”)過(guò)電壓保護(hù)器誤動(dòng)作的情況時(shí)有發(fā)生，造成生產(chǎn)系統(tǒng)降流量、停車(chē)以及重大設(shè)備損壞。因此，北元化工于2019年10月開(kāi)始逐漸將全公司過(guò)電壓保護(hù)器更換為復(fù)合外套無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“氧化鋅避雷器”)，防止電力系統(tǒng)的輸變電設(shè)備受過(guò)電壓的危害。筆者根據(jù)近兩年的實(shí)際工作經(jīng)歷，探討氧化鋅避雷器在化工生產(chǎn)企業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 氧化鋅避雷器的選型

1.1 氧化鋅避雷器的類(lèi)型

選擇氧化鋅避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備確定避雷器類(lèi)型，保護(hù)對(duì)象不同，氧化鋅避雷器型號(hào)也不同。氧化鋅避雷器按其使用場(chǎng)合和保護(hù)對(duì)象，主要分為電站用、配電用、并聯(lián)電容器用、變壓器中性點(diǎn)用、發(fā)電機(jī)用、電動(dòng)機(jī)用和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)用等類(lèi)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(hào)為YH5WD-17.5/40的避雷器，其額定電壓為17.5 kV，表示當(dāng)過(guò)電壓有效值達(dá)到17.5 kV時(shí)，氧化鋅避雷器就會(huì)開(kāi)始工作。在相同的系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓下，氧化鋅避雷器的額定電壓選得越高，在運(yùn)行中通過(guò)氧化鋅避雷器的泄漏電流就越小，對(duì)減輕氧化鋅避雷器的劣化有利，可以提高運(yùn)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(yīng)增高，在同樣的絕緣水平下，保護(hù)裕度會(huì)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(shí)，要充分考慮被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平。

1.3 氧化鋅避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇

持續(xù)運(yùn)行電壓是指長(zhǎng)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(xù)運(yùn)行電壓時(shí)，要考慮系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，接在相對(duì)地的無(wú)間隙氧化鋅避雷器，其持續(xù)運(yùn)行電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)的最高工作相電壓。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，如果單相接地故障在10 s及以?xún)?nèi)切除，無(wú)間隙氧化鋅避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)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(xù)運(yùn)行電壓一般不應(yīng)低于系統(tǒng)的最高工作線(xiàn)電壓。

1.4 氧化鋅避雷器的標(biāo)稱(chēng)放電電流的選擇

氧化鋅避雷器標(biāo)稱(chēng)放電電流按遠(yuǎn)方雷電侵入波的概率統(tǒng)計(jì)及變電站的重要性，一般可按表1進(jìn)行選擇。

表1 氧化鋅避雷器標(biāo)稱(chēng)放電電流選擇對(duì)照表

2 氧化鋅避雷器的安裝

(1)在貯存、開(kāi)箱和安裝過(guò)程中，應(yīng)注意避免氧化鋅避雷器受到?jīng)_擊和碰撞(尤其注意不得劃傷避雷器硅橡膠外套)，如受到?jīng)_擊和碰撞，應(yīng)仔細(xì)檢查，確認(rèn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及密封無(wú)損壞，方可安裝使用。

(2)氧化鋅避雷器每根連接導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)鼻子壓緊后，必須進(jìn)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(duì)地之間的凈距離不小于130 m，避雷器下引線(xiàn)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(jìn)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(yàn),并出具試驗(yàn)報(bào)告，確定試驗(yàn)合格后方可使用。

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

(6)監(jiān)測(cè)器應(yīng)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(gè)合適位置，用Φ10×35的螺栓通過(guò)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(jiān)測(cè)器的輸入端通過(guò)不小于16 mm2的地線(xiàn)牢固連接。

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

3 氧化鋅避雷器巡檢及試驗(yàn)

(1)檢查氧化鋅避雷器外觀，表面應(yīng)無(wú)裂紋，復(fù)合外套無(wú)電蝕痕跡，無(wú)異物附著,高壓引線(xiàn)、接地線(xiàn)連接正常。環(huán)境干燥、通風(fēng)，溫度在-30～30 ℃之內(nèi)。

(2)檢查氧化鋅避雷器監(jiān)測(cè)器電流表，記錄當(dāng)前持續(xù)電流值，并與同等運(yùn)行條件下其他避雷器的持續(xù)電流值進(jìn)行比較，應(yīng)無(wú)明顯差異。在電流表量程內(nèi)采用彩色刻度分別標(biāo)出氧化鋅避雷器的泄漏電流的運(yùn)行區(qū)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(shí)進(jìn)行檢查并監(jiān)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(yīng)記錄監(jiān)測(cè)器的指示數(shù)據(jù)。

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

(5)進(jìn)行直流參考電壓U1 mA及0.75U1 mA下泄漏電流試驗(yàn)(型號(hào)為YH2.5W5-14/30的電動(dòng)機(jī)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(shí)，應(yīng)先排除電暈和外絕緣表面泄漏電流的影響。規(guī)程規(guī)定：U1 mA實(shí)測(cè)值與初始值(或制造廠規(guī)定值)比較，變化應(yīng)在-5%～5%之間；0.75U1 mA下泄漏電流應(yīng)不大于50 μA[1]。

(6)測(cè)試氧化鋅避雷器底座絕緣電阻，用2 500 V絕緣電阻表測(cè)量。

(7)對(duì)放電計(jì)數(shù)器功能進(jìn)行檢查。如果已有一兩年未檢查，有停電機(jī)會(huì)時(shí)檢查校驗(yàn)動(dòng)作性能，連續(xù)試驗(yàn)5～10次，均能準(zhǔn)確動(dòng)作計(jì)數(shù)，則認(rèn)為性能合格，完畢應(yīng)記錄當(dāng)前基數(shù)。若裝有電流表，應(yīng)同時(shí)校驗(yàn)電流表，校驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合要求。