关于氧化锌避雷器与变压器的绝缘配合研究

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(中水珠江规划勘测设计有限公司广东广州510610)

摘要：在电力系统中，避雷器是重要的过电压保护电器，其性能不仅有利于电力燃气设备的安全运行起着重要作用，它也起着重要作用工业生产的影响也是不言而喻的。但在设备运行过程中，多次发生雷击时氧化锌避雷器完好无损，而设备被击穿的事故。

关键词：氧化锌避需器；接地电阻；过电压

1前言

氧化锌避雷器具有无间隙、无续流、残压低等优点，是一种具有良好保护性能的避雷器。装设氧化锌避雷器是保护电气设备免遭大气过电压损坏的主要手段，也是防护某些内部过电压的重要措施，因此在电网配电系统中广泛使用。氧化锌避雷器在正常运行情况下，避雷器是不导通的，当配网线路遭受雷击过电压或系统过电压，作用在避雷器上的电压达到避雷器的动作电压时，避雷器就会导通，通过大电流，释放过电压能量并将过电压抑制在一定水平，减少了对电力设备的冲击，保护了电力设备的绝缘。

2氧化锌避雷器基木原理简介

沿线路侵入电气设备的过电压波能够对电气设备的绝缘造成极大的危害，因此必须将它们限制在安全的设备能承受的范围内，为了释放过电压的能量，需要一种特殊的装置，它就是避雷器。其作用是在正常情况下，它处于截止状态，而在超过避雷器保护水平的过电压波到达时，避雷器就立即导通限制了过电压的幅值，雷电流泄入大地后，还要切断雷电流通过的火花间隙时形成的通道中导线流向大地的工频电流（称续流），最后避雷器又恢复了绝缘状态。因此避雷器的工作包括三个步骤：限压、熄弧、恢复。而新型的氧化锌避雷器其工作只包括限压与恢复两个步骤。

3氧化锌避雷器损坏的主要原因

3.1接地装置的接地电阻过大，造成对氧化锌避雷器反击

反击现象是指接地导体由于地电位升高可以反过来向带电体放电。当雷电击到氧化锌避雷器时，雷电流经过避雷器的接地体泄放到大地。如果接地装置的接地电阻过大，它通过雷电流时电位将升得很高，不能放电，部分雷电流向避雷器或配变等设备反向冲击，造成反击使避雷器损坏，有时甚至击毁配电变压器。

3.2谐波的干扰，加速氧化锌避雷器的老化，缩短使用寿命

当电网向非线性设备及负荷供电时，例如冶金企业电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产负荷，这些设备或负荷在传递、变换、吸收系统所提供基波能量的同时，又把基波能量转换为谐波能量向电网系统倒送，使电网系统的正弦波形发生畸形，产生一系列的高次谐波。由于氧化锌避雷器主要由氧化锌非线形电阻片构成。它具有良好的非线性伏安特性，在高次谐波作用，会加速氧化锌避雷器阀片的劣化速度，缩短使用寿命。

3.3氧化锌避雷器封壳出现问题造成避雷器受潮而损坏

氧化锌避雷器封壳的主要材料是硅橡胶。由于避雷器生产厂家采用的技术工艺不完善或采用的密封材料抗老化性能不稳定，导致硅橡胶套封壳质量参差不齐。氧化锌避雷器投入运行后，运行环境的状况影响或避雷器设备生命周期后期，都有可能造成氧化锌避雷器封壳出现问题，密封性能不佳。空气中的潮气或水份渗入氧化锌避雷器内部，造成内部绝缘降低，加速了氧化锌避雷器劣化而引起损坏。

3.4氧化锌避雷器自身一些原因造成损坏

第一，氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件中发生事故，其原因是因阀片在制造过程中，由于其各工艺质量控制点控制不严，而使阀片的耐受冲击电压能力不强，在频繁吸收过电压能量过程中，加速了阀片的劣化而损坏。当电网中发生断线、接地或其它原因引起谐振时，其幅值可达3倍相电压，可能导致氧化锌避雷器损坏。

第二，氧化锌避雷器虽然是过电压保护器，但自身过电压防护能力却比较差，对于能量有限的过电压，如雷电过电压和操作过电压，氧化锌避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限(有补充能源)的过电压，如暂态过电压(工频过电压和谐振过电压的总称)，其频率或为工频的整数倍或分数倍形成暂态过电压，工频电源能自动补充过电压能量，使氧化锌避雷器泄流过电压幅值不衰减或弱衰减，暂态过电压如果进入氧化锌避雷器保护动作区，势必长时间反复动作直至热崩溃，因此暂态过电压对无问隙氧化锌避雷器有致命危害。

3.5选用氧化锌避雷器不当造成损坏

氧化锌避雷器的额定电压是表明其运行特性的一个重要参数，也是一种耐受工频电压能力的指标。氧化锌避雷器的阀片耐受工频电压的能力是与运行电压的持续时问密切相关，应在对系统暂态过电压的计算分析及样本提供的工频过电压耐受时问特性曲线比较的基础上，选择氧化锌避雷器的额定电压。在一定的电网电压等级和设备绝缘水平，氧化锌避雷器的额定电压越低，保护水平也越低，但保护裕度可以增大，所以我们平时就选用较低额定电压的氧化锌避雷器。但对于中性点非直接接地系统，弧光接地过电压和谐振过电压对氧化锌避雷器威胁最大，在保证绝缘配合的前提中，氧化锌避雷器额定电压选择高些，在暂态过电压中，通过氧化锌避雷器的能量就小些，通流负载就小些，氧化锌避雷器就没有那么容易损坏。

4氧化锌避雷器与变压器的绝缘配合分析

根据GB311.1-2012《高压输变电设备的绝缘配合》规定:对受避雷器保护

的设备，其额定雷电冲击耐受电压由避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数

KG计算选定。在电力系统中克服雷电过电压和内部过电压对变压器造成的危害,避雷器是不可缺少的电气设备,而氧化锌避雷器是目前限制过电压、保护变压器的重要的电气设备。氧化锌避雷器是国际上公认的最理想的过电压保护装置,目前国内生产的氧化锌避雷器已达到500kV级。氧化锌避雷器的阀片以氧化锌为主要材料,附以少量精选过的金属氧化物,在高温下烧结而成。

氧化锌阀片具有很理想的非线性伏安特性,与碳化硅避雷器相比,氧化锌避雷器除了有较理想的非线性伏安特性外,还有其它优点:

①无间隙。在工作电压作用下,氧化锌避雷器相当一绝缘体,因而工作电压不会使ZnO阀片烧坏,所以可以不用串联间隙来隔离工作电压(SiC阀片在正常工作下有几十安电流,会烧坏阀片,因此不得不串联间隙)。由于无间隙,故大大改善了陡波下的响应特性,避免了有间隙SiC避雷器的放电电压分散性大而影响保护可靠性的弊病。

②无续流。当作用在ZnO阀片上的电压超过其起始动作电压时,将发生“导通”,其后ZnO阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制,当系统电压降至起始动作电压以下时,ZnO的“导通”状态终止,又相当于一绝缘体,因此不存在工频续流。而SiC避雷器却不同,它不仅要吸收过电压的能量,而且还要吸收因系统工作电压作用下的工频续流所产生的能量,ZnO的热容量要求就比SiC低得多。

③电气设备所受过电压可以降低。虽然500kV雷电流下的残压值ZnO避雷器与SiC相同,但后者只在串联间隙放电后才可将电流泄放,而前者在整个过程中都有电流流过,因此降低了作用在变电站变压器上的过电压。

④压力释放能力强。避雷器压力释放装置的作用是保证避雷器故障时不会引起瓷套爆炸,它由隔弧筒、放压板以及排气口等组成。隔弧筒可避免电弧直接烧灼瓷壁,有效地防止电弧高温引起瓷套破碎,放压板可及时排除内部的高气压,以免引起瓷套爆炸,排气口可使电弧从内部很快转移到外部,在瓷套外形成电弧短接。

另外，金属氧化物避雷器的参数完全可以满足变压器过电压保护的需要。但间隔系数KG不是裕度系数，不是安全系数，是弥补在估算过电压设计确定和设定绝缘耐受电压值与实际的误差。也就是说，设计确定的过电压值和绝缘耐受电压值不完全是电网运行中实际的“真值”。若是电网运行中的“真值”，电网运行是不会发生绝缘故障的。

随着变压器的运行时间变长，变压器的绝缘会下降，而8/20us雷电残压是避雷器流过雷电流时的残压，在雷电流超过一定时，避雷器残压会升高，容易造成避雷器与变压器间的绝缘配合不良，出现避雷器保护动作，释放了雷电压，但使用中的变压器还是被雷击损坏故障。避雷器是一种特殊电气设备，首先它必须具有一定的电气绝缘性能，保证它在电力系统正常状态下能承受相电压和暂时过电压，且能够稳定可靠运行，不致出现击穿故障。从这个角度看，避雷器电压等级应该是越高越好，但在发生大气过电压或操作过电压时，避雷器又必须可靠动作，而且残压应不超过被保护设备的绝缘水平。从这个角度看，避雷器电压等级应该是越低越好，因为电压等级越低残压就越低，避雷器的保护裕度就好。所以，综合来看，选择避雷器的原则应该是:在满足避雷器正常运行的相电压和暂态过电压绝缘需要的前提下，尽可能选择放电残压较小的产品。

5结束语

氧化锌避雷器是一种非常有效的电网系统防御雷电过电压保护装置，得到电力部门和广大用户的认同，并在电网系统广泛应用。氧化锌避雷器损坏的原因有雷电、系统暂态过电压、受潮、使用不当和自身质量问题等等。但仍有一些损坏的原因尚不明确，因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定氧化锌避雷器的安全运行的可靠性。这就要求我们在今后的工作实践中去认真研究、实验、探索和总结，使氧化锌避雷器运行中的不安全因素得以预防和完善，确实提高电网运行可靠性。

参考文献：

[1]满宏超,何建华.氧化锌避雷器在线监测原理及缺陷分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2011(09)

[2]王敬峰.关于金属氧化锌避雷器在线监测技术的研究[J].智能城市.2017(01)