氧化鋅避雷器特性的仿真分析

李惠庸，柴 宜

（國網甘肅省電力公司經濟技術研究院，蘭州 730000）

0 引言

避雷器廣泛應用于配電和輸電網絡，以防止大氣過電壓，以及由于開關或其他機械操作導致的過電壓[1-3]。通常，這些保護裝置的使用壽命從20年到25年不等，但是不同的環境條件對使用壽命有較大影響[4]。在配電網中，使用聚合物封裝的避雷器的過電壓保護措施得到了廣泛的應用。聚合物封裝的避雷器主要部件為氧化鋅（ZnO）電阻片，由于受到環境和施加電壓的影響，導致氧化鋅電阻片的電氣性能老化，使得避雷器的使用壽命縮短[5-7]。

從改進避雷器設計和提高避雷器制造工藝的角度來看，避雷器的老化是一個必須考慮的問題，因此需要了解其老化的原因和機理[8-9]。研究表明，造成避雷器老化的主要原因是熱老化，當避雷器的溫度上升時，就會發生熱老化。引起避雷器溫度上升的原因是避雷器泄漏電流增加，從而導致溫度升高[10-11]。由于泄漏電流的增加引起避雷器長度的電壓分布變化以及避雷器電阻元件中的3次諧波分量增加，這是導致避雷器熱老化主要機理[12]。

筆者提出了一種對ZnO的熱老化分析的仿真方法。利用其電氣參數對避雷器進行電涌仿真，建立了其包括電阻和電容的等效電路模型，并對其泄漏電流波形進行了分析。通過仿真得到的總電流的V-I特性和諧波分量的變化，可對相關實驗結果進行驗證。

筆者使用Matlab軟件來對ZnO塊進行仿真測試，并開發了一種算法來模擬由非線性參數組成的ZnO塊的等效電路模型，最后對基于該電路模型的ZnO塊V-I曲線和泄漏電流波形進行討論和分析。……