氧化鋅避雷器損壞的原因及預防措施

摘要：氧化鋅避雷器是一種非常有效的電網系統防御雷電過電壓保護裝置，它的特性可以保證其長期穩定運行。本文對氧化鋅避雷器的損壞原因進行了分析，并提出具體的預防措施，為電力系統氧化鋅避雷器的可靠運行提供了技術參考。

關鍵詞：氧化鋅避雷器 接地電阻 過電壓 閥片 預防措施

氧化鋅避雷器具有無間隙、無續流、殘壓低等優點，是一種具有良好保護性能的避雷器。裝設氧化鋅避雷器是保護電氣設備免遭大氣過電壓損壞的主要手段，也是防護某些內部過電壓的重要措施，因此在電網配電系統中廣泛使用。氧化鋅避雷器在正常運行情況下，避雷器是不導通的，當配網線路遭受雷擊過電壓或系統過電壓，作用在避雷器上的電壓達到避雷器的動作電壓時，避雷器就會導通，通過大電流，釋放過電壓能量并將過電壓抑制在一定水平，減少了對電力設備的沖擊，保護了電力設備的絕緣。

廣東電網清遠陽山供電局地處粵北山區，春夏兩季雷電多發，電網設備易受雷擊過電壓沖擊，所以配網線路、臺變都基本上安裝了氧化鋅避雷器。從這幾年的運行經驗來看，因氧化鋅避雷器損壞造成線路跳閘、接地事故的情況時有發生，對我局的供電可靠性提高帶來了比較大的影響。現結合我局這些年氧化鋅避雷器的運行情況，探討氧化鋅避雷器損壞的原因及預防措施。

1 氧化鋅避雷器損壞的主要原因

1.1 接地裝置的接地電阻過大，造成對氧化鋅避雷器反擊

反擊現象是指接地導體由于地電位升高可以反過來向帶電體放電。當雷電擊到氧化鋅避雷器時，雷電流經過避雷器的接地體泄放到大地。如果接地裝置的接地電阻過大，它通過雷電流時電位將升得很高，不能放電，部分雷電流向避雷器或配變等設備反向沖擊，造成反擊使避雷器損壞，有時甚至擊毀配電變壓器。

粵北山區屬于石灰巖地區，土壤的電阻率較大，要將接地裝置的接地電阻做到很小在技術經濟上不合算，因此接地電阻允許值相對較大。而且我局一些地區的配電網由于運行時間久，缺乏資金整改，接地體存在腐蝕、損傷等情況。從發生氧化鋅避雷器的損壞的情況來分析，這些地區發生的事故數要比其他地區多得多。

1.2 諧波的干擾，加速氧化鋅避雷器的老化，縮短使用壽命

當電網向非線性設備及負荷供電時，例如冶金企業電弧爐、大型整流、變頻設備的應用及軋鋼生產負荷，這些設備或負荷在傳遞、變換、吸收系統所提供的基波能量的同時，又把基波能量轉換為諧波能量向電網系統倒送，使電網系統的正弦波形發生畸形，產生一系列的高次諧波。由于氧化鋅避雷器主要由氧化鋅非線形電阻片構成。它具有良好的非線性伏安特性，在高次諧波作用下，會加速氧化鋅避雷器閥片的劣化速度，縮短使用壽命。2004年，隨著陽山縣經濟的發展，有幾家軋鋼生產企業落戶七拱鎮周圍，這些企業的生產負荷使我局七拱片電網系統受到諧波嚴重影響。據不完全統計，2005年我局七拱片電網系統發生損壞氧化鋅避雷器的次數比2003年發生次數增加了兩倍多。

1.3 氧化鋅避雷器封殼出現問題造成避雷器受潮而損壞

氧化鋅避雷器封殼的主要材料是硅橡膠。由于避雷器生產廠家采用的技術工藝不完善或采用的密封材料抗老化性能不穩定，導致硅橡膠套封殼質量參差不齊。氧化鋅避雷器投入運行后，運行環境的狀況影響或避雷器設備生命周期后期，都有可能造成氧化鋅避雷器封殼出現問題，密封性能不佳。空氣中的潮氣或水份滲入氧化鋅避雷器內部，造成內部絕緣降低，加速了氧化鋅避雷器劣化而引起損壞。筆者參與分析過幾個損壞的氧化鋅避雷器，其中發現有兩個損壞的氧化鋅避雷器在硅橡膠套內壁或閥片側面有明顯的閃絡痕跡，在金屬附件上有銹斑或鋅白，而這兩個氧化鋅避雷器的閥片卻沒有通流痕跡，閥片兩端噴鋁面也沒有發現大電流通過后的放電斑痕，這些情況證明了氧化鋅避雷器在受損前已經受潮。

1.4 氧化鋅避雷器自身一些原因造成損壞

第一，氧化鋅避雷器多在操作過電壓或雷電條件下發生事故，其原因是因閥片在制造過程中，由于其各工藝質量控制點控制不嚴，而使閥片的耐受沖擊電壓能力不強，在頻繁吸收過電壓能量過程中，加速了閥片的劣化而損壞。當電網中發生斷線、接地或其它原因引起諧振時，其幅值可達3倍相電壓，可能導致氧化鋅避雷器損壞。

第二，氧化鋅避雷器雖然是過電壓保護器，但自身過電壓防護能力卻比較差，對于能量有限的過電壓，如雷電過電壓和操作過電壓，氧化鋅避雷器泄流能起限壓保護作用。對能量是無限（有補充能源）的過電壓，如暫態過電壓（工頻過電壓和諧振過電壓的總稱），其頻率或為工頻的整數倍或分數倍形成暫態過電壓，工頻電源能自動補充過電壓能量，使氧化鋅避雷器泄流過電壓幅值不衰減或弱衰減，暫態過電壓如果進入氧化鋅避雷器保護動作區，勢必長時間反復動作直至熱崩潰，因此暫態過電壓對無間隙氧化鋅避雷器有致命危害。

1.5 選用氧化鋅避雷器不當造成損壞

氧化鋅避雷器的額定電壓是表明其運行特性的一個重要參數，也是一種耐受工頻電壓能力的指標。氧化鋅避雷器的閥片耐受工頻電壓的能力是與運行電壓的持續時間密切相關，應在對系統暫態過電壓的計算分析及樣本提供的工頻過電壓耐受時間特性曲線比較的基礎上，選擇氧化鋅避雷器的額定電壓。在一定的電網電壓等級和設備絕緣水平下，氧化鋅避雷器的額定電壓越低，保護水平也越低，但保護裕度可以增大，所以我們平時就選用較低額定電壓的氧化鋅避雷器。但對于中性點非直接接地系統，弧光接地過電壓和諧振過電壓對氧化鋅避雷器威脅最大，在保證絕緣配合的前提下，氧化鋅避雷器額定電壓選擇高些，在暫態過電壓下，通過氧化鋅避雷器的能量就小些，通流負載就小些，氧化鋅避雷器就沒有那么容易損壞。

持續運行電壓也是氧化鋅避雷器的重要特性參數，該參數的選擇，對氧化鋅避雷器的可靠性有很大影響。在運行中允許持久地施加在氧化鋅避雷器端子上的工頻電壓有效值，它覆蓋電力系統運行中可能持續地施加在氧化鋅避雷器上的工頻電壓最高值。一般情況下，氧化鋅避雷器最大持續運行電壓Uc ≥0.8Ur。氧化鋅避雷器持續運行電壓還應該大于或等于該系統的最高相電壓，才能保證長時間運行下的熱穩定。現在各標準、規范、導則已統一意見，按系統最高電壓Um來選擇氧化鋅避雷器。無論是對額定電壓，還是持續運行電壓定義不夠嚴密，如果選擇取值偏低，容易造成氧化鋅避雷器損壞爆炸。

2 氧化鋅避雷器防止損壞的措施

2.1 接地電阻應符合規程要求

氧化鋅避雷器的接地體應考慮長久耐用，對于接地電阻檢測不合格的接地裝置，要及時整改，使接地電阻滿足運行要求。對于配變氧化鋅避雷器，按規定配變接地網接地電阻應滿足以下要求：100kVA及以上變壓器，保證接地電阻≤4Ω，100kVA 以下變壓器保證接地電阻≤10Ω。接地線采用10mm鍍鋅圓鐵或4mm×40mm鍍鋅扁鐵，各連接點的連接應牢固。建議每年在雨季來臨前要對接地裝置進行專項檢查、測試，發現問題及時消缺。

2.2 加強電網諧波的治理

抑制諧波的真實物理意義是將諧波具有的能量盡可能的用一個裝置吸收，不讓諧波進入系統或只有很少量的進入系統。最好在諧波源就地增設動態無功補償或加裝消諧裝置，以使電網的高次諧波值控制在國家標準允許范圍，減少諧波對電網的影響。建議在電網系統安裝諧波監測裝置，對監測到的諧波源要求其加裝消諧裝置。

2.3 正確選用氧化鋅避雷器

在選用氧化鋅避雷器時，必須認真考慮避雷器暫態過電壓的范圍問題，既要保證在較高的操作過電壓及大氣過電壓下安全、可靠地動作，又要保證在暫態過電壓下閥片不動作。目前氧化鋅避雷器在選型和設計上已經保證電網系統發生單相接地運行兩小時內出現的系統最高過電壓，氧化鋅避雷器不動作，否則氧化鋅避雷器會出現熱崩潰甚至爆炸事故。

在選用氧化鋅避雷器時，應選擇具有先進生產工藝設備和完善檢測手段的生產廠家出產的產品，他們的產品已經在電力系統應用多年，證實了產品運行穩定可靠。這樣做能保證所選用的氧化鋅避雷器具有較高的抗老化、耐沖擊性能，以使產品在壽命周期內穩定運行。

選用串聯間隙氧化鋅避雷器。它既有間隙又用ZnO閥片，其間隙結構不同于碳化硅避雷器，因其間隙數量少，當過電壓達到沖擊放電電壓時間隙無時延擊穿，同時因隙距大動作特性穩定，故它可避免碳化硅避雷器間隙帶來的一切缺點。串聯間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態過電壓限定在保護死區內免受其危害，所以它可避免無間隙氧化鋅避雷器因拐點電壓偏低帶來一切缺點。串聯間隙氧化鋅避雷器仍有前兩種避雷器保護性能優點，而避免它們的缺點。串聯間隙氧化鋅避雷器可保證閥片只在過電壓保護動作過程承受高電壓，時間極短，在其它情況下，閥片對于電網電壓，處于低電位狀態（復合間隙電阻分壓），大大改善閥片長期工作條件。串聯間隙氧化鋅避雷器保護動作，只泄放雷電流而無續流，動作負載輕，間隙不需具有滅弧及切斷續流能力，避雷器僅有一個間隙，動作特性可保持長期穩定運行。

2.4 氧化鋅避雷器裝設脫離器

任何一件產品都有一定的使用壽命，氧化鋅避雷器也不例外，總會有失效的時候，為防止氧化鋅避雷器損壞時將事故擴大，建議在每只氧化鋅避雷器的下部安裝脫離器，以使氧化鋅避雷器遭受異常電壓作用時，能及時脫離運行電網。氧化鋅避雷器失效的主要特征是泄漏電流增大，運行中不易發現，有可能長期帶病運行，以致擴大事故，所以有必要監測其運行工況。氧化鋅避雷器附帶脫離器，當其失效損壞時，脫離器自動動作（30mA時不大于8min）退出運行，以免造成更大損失和擴大事故，提高電網運行安全可靠性。脫離器亦有監測氧化鋅避雷器運行工況作用，脫離器動作后出現明顯斷開點，提示該氧化鋅避雷器已失效損壞應予更換。因此安裝脫離器可免去定期給氧化鋅避雷器進行各項電氣性能測試或在線監測的麻煩。

2.5 加強對氧化鋅避雷器運行管理

加強監測是保證氧化鋅避雷器安全、可靠運行的重要措施之一。氧化鋅避雷器在運行前須對避雷器進行檢查和測試，將檢查測試結果記入技術檔案。對運行在配電網上的每一只金屬氧化物避雷器都要建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測的運行記錄，均要存入技術檔案，作為定期檢查的參考，直至該避雷器退出運行。

3 結束語

氧化鋅避雷器是一種非常有效的電網系統防御雷電過電壓保護裝置，得到電力部門和廣大用戶的認同，并在電網系統廣泛應用。氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電、系統暫態過電壓、受潮、使用不當和自身質量問題等等。但仍有一些損壞的原因尚不明確，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、運行環境等的隨機性，都決定氧化鋅避雷器的安全運行的可靠性。這就要求我們在今后的工作實踐中去認真研究、實驗、探索和總結，使氧化鋅避雷器運行中的不安全因素得以預防和完善，確實提高電網運行可靠性。

參考文獻：

[1]《變電運行現場技術問答》（第二版）張全元主編.中國電力出版社.

[2]《無間隙氧化鋅避雷器選擇手冊》陳啟發編譯.中國電力出版社.

[3]《氧化鋅避雷器爆炸原因及防止措施》（《冶金動力》2002年第1期）.蒙慶叁.

[4]《氧化鋅避雷器在電力系統中的應用問題分析》.趙飛燕，趙先壟.

[5]《氧化鋅避雷器的工作原理、優點、功能特性分析》（《中國電力教育》2008年研究綜述與技術論壇專刊）.高巖.

作者簡介：胡志彬（1974年-），性別：男，廣東省清遠市陽山縣人，助理工程師，廣東工業大學自動化學院在職研究生，研究方向為電氣工程。