探究電力系統中避雷器的運用

廣東電網有限責任公司佛山供電局 楊偉超

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探究電力系統中避雷器的運用

廣東電網有限責任公司佛山供電局 楊偉超

【摘要】這篇文章在簡單介紹避雷器工作原理和發展史的基礎上，結合相關數據分析避雷器在電力系統運用中可能存在的四個問題，并針對這些問題進一步闡述了避雷器運用于電力系統領域行之有效的三大技術措施，希望能為電力系統行業的發展提供參考性的資料，促進電力行業發展。

【關鍵詞】電力系統；避雷器；運用

1　引言

隨著經濟的不斷發展，人們對電力系統的安全性要求越來越高，避雷器作為電力系統必不可少的安全保護設施之一，對電力系統免遭雷電沖擊波的攻擊起到有效的預防作用，其安全性能也備受人們關注。在電力系統正常工作過程中，發生雷擊時，會有較強的雷電沖擊波通過沿線路侵入到變電站，導致電壓急劇升高。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過導體引入到大地，接地裝置會將雷電壓的幅值限制在被保護線路所能承受的沖擊安全范圍內，確保電力系統的安全。

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

2　避雷器在電力系統運用中的問題探討

2.1避雷器連續雷電沖擊保護能力

連續雷電沖擊，是指電力系統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，一般在數百μs至數千μs以內。碳化硅避雷器保護動作的雙重作用體現在：一是泄流雷電，二是泄流工頻續流，切斷續流時所用的時間約為10000μs，因此，一次保護循環的時間要超過10000μs，也就是說超過10000μs后才可以進入下一個動作循環，可見這種避雷器不具有抵抗連續雷電沖擊的能力。而氧化鋅避雷器與碳化硅避雷器不同，其保護動作只是單一地泄放雷電流，電流在100μs之內泄放完畢。雷電流泄放完畢后會立即重復下一個動作，具有再次動作能力，故該類型避雷器對連續雷電沖擊具有自我保護能力，這種功能顯然在多雷區或者雷電活動特別強烈的地區具有較大的優勢。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間隙氧化鋅避雷器Y5C1-12.7和碳化硅避雷器Y5W2-12.7/43進行技術參數分析，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　串聯間隙氧化鋅避雷器Y5C1-12.7和碳化硅避雷器Y5W2-12.7/43技術參數分析

2.2避雷器自身對電力系統不安全影響

保護間隙和管型避雷器在發生雷電時，當間隙擊穿后，避雷器的整體保護回路上會由于缺乏限流原件，會導致保護動作引發接地故障或相間短路故障，增多電力系統的故障率，影響電力系統正常、安全、可靠的運行。為了對保護作用下的故障發生起到較好的預防作用，通常采用氧化鋅避雷器，從根本上防止保護作用發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率，實現對線路的保護，無須自動重合閘裝置就能減少電力系統雷害停電事故。

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問題

由于避雷器是過電壓保護設備， 其自身仍然存在著過電壓防護問題。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、良好的限壓保護作用。但當能量無限且有補充能源的過電壓出現時， 如暫態過電壓（包括工頻過電壓和諧振過電壓），尤其是瞬間過電壓產生時，頻率水平快速升高，或為工頻或為工頻的整數倍或分數倍，從而與工頻電源頻率總有合拍的現象。在這種情況下，極易激發暫態過電壓，工頻電源能自動補充過電壓能量，加之避雷器泄流使過電壓幅值不衰減或只弱衰減，如果暫態過電壓處在避免器保護動作區域內，勢必會導致避雷器持續不斷的反復進行動作，直至溫度過高發生熱崩潰，避雷器被毀壞爆炸，因此暫態過電壓的存在對避雷器裝置帶來較大的致命性危害。如果已經把全部暫態過電壓限定在保護死區內，不受其危害的避雷器我們說它對暫態過電壓的承受能力相對較強， 反之說它對暫態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定性，會因為沖擊放電電壓下降的問題，處于危險狀態。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，但是存在暫態過電壓最大值可達2.5-3.5Uxg，故存在對暫態過電壓承受能力差的缺點。為了讓避雷器有更強的防護過電壓能力，就要把所有的暫態過電壓堵在保護死區內，恰恰串聯間隙氧化鋅避雷器的結構性能就能很好的保護避雷器。

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。保護間隙或者管型避雷器的保護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，FZ型為80A，FCD型為250A）保護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　避雷器在電力系統中應用的技術措施

3.1避免環境污染對避雷器的不良影響

應用在電力系統中的避雷器大多數都是放置在室外環境中，避雷器瓷套不可避免的處于不良環境的污染下，受到環境和粉塵的污染，導致瓷套表面不均勻， 進而影響電流的分布，使電阻片的電流增加，影響對過電壓的吸收效率。長期處于環境污染之下，會加劇電阻片的劣化。因此，我們需要大力加強環境保護，從根本上對空氣中的粉塵進行治理。打造潔凈生活環境的同時，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行清理，給避雷針涂抹保護油，加強其抗污染性能。

3.2預防避雷器電阻片的老化現象

避雷器在使用過程中，不可避免的會出現出現老化現象，產生老化現象的原因一般與廠家密封不嚴、生產材料抗老化能力差、環境變化、產品壽命等原因有關。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部，長此以往會破壞其內部的絕緣層，加快電阻的惡化，并有可能引發爆炸事故。針對避雷器密封和電阻片老化問題，生產廠家要加強技術控制，嚴格把關生產材料，在生產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行更換，并采取合理的措施對不良老化現象的避雷器進行預防，采取有效的抑制措施防止老化泄漏導致的電流變大，對放電現象進行嚴格控制避免避雷器發生爆炸。

3.3強化技術監管

避雷器應用于電力系統中時，必須要加強技術管理和控制，不僅要對運用于電力系統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控數據，并將這些數據歸并到避雷器系統檔案中。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、總結影響避雷器性能的綜合因素，優化操作技能，降低避雷器運用到電力系統階段的不穩定因素，提高避雷器安全使用性能。

4　結束語

避雷器的應用起到了有效的防雷和避雷的效果，保證了電力系統運行的安全性、可靠性和持續性。針對避雷器在應用過程中存在的一些不足，使得我們必須加強對避雷器的科學分析，采取有效的預防控制措施，為電力系統提供安全、優質的服務，讓避雷器充分發揮作用，實現良好的經濟效益和社會效益，為電力行業的健康、持續的發展提供保障。

參考文獻

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