錢永林

（山西晉煤集團(tuán) 晉圣永安宏泰煤業(yè)，山西 晉城 048006）

1 避雷器的概述

氧化鋅避雷器是20 世紀(jì)70 年代出現(xiàn)的性能優(yōu)良的電壓保護(hù)裝置，我國(guó)從日本引進(jìn)氧化鋅避雷器技術(shù)及裝備，由引進(jìn)到吸收、消化、技術(shù)改進(jìn)用了3 年時(shí)間，于80 年代中期達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。晉煤集團(tuán)于20 世紀(jì)90年代中期開(kāi)始引進(jìn)氧化鋅避雷器，90 年代末期在全系統(tǒng)中迅速推廣。但是由于生產(chǎn)廠家優(yōu)劣不齊，設(shè)計(jì)部門選型不當(dāng)，運(yùn)行部門維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，由此引發(fā)的電網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生。

2 避雷器的分類

氧化鋅避雷器據(jù)其電壓等級(jí)、使用地點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、用途等情況，大致分為下列類型。

2.1 按電壓等級(jí)分類

1）高壓類：是指66 kV 以上的等級(jí)的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致分為500 kV、220 kV、110 kV 和66 kV 4個(gè)等級(jí)。

2）中壓類：是指3 kV～66 kV（不包括66 kV）范圍內(nèi)的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致分為3 kV、6 kV、10 kV和35 kV 4 個(gè)等級(jí)。

3）低壓類：是指3 kV 以下（不包括3kV）的氧化鋅避雷器系列產(chǎn)品，大致分為1 kV、0.5 kV、0.38 kV 和0.22 kV 4 個(gè)等級(jí)。

2.2 按標(biāo)稱放電電流分類

氧化鋅避雷器按標(biāo)稱放電電流大、能更好釋放操作過(guò)電壓能量的能力，可滿足超高壓系統(tǒng)絕緣配合的需要為原則。按放電電流大小分為20 kA、10 kA、5 kA、2.5 kA和1.5 kA 5 類。

2.3 按用途分類

氧化鋅避雷器按用途分為：系統(tǒng)用線路型、系統(tǒng)用電站型、系統(tǒng)用配電型、并聯(lián)補(bǔ)償器組保護(hù)型、電氣化鐵道型、電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)型、變壓器中性點(diǎn)氧化鋅避雷器7 種類型。

2.4 按外護(hù)套類型分類

1）瓷外套類：以陶瓷作為氧化鋅避雷器的絕緣外護(hù)套，其按耐污性能分為4 個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)為普通型（爬電比距為17 mm/kV）、Ⅱ級(jí)用于中等污穢地區(qū)（爬電比距20 mm/kV）、Ⅲ級(jí)用于重污穢地區(qū)（爬電比距25 mm/kV）、Ⅳ級(jí)用于特重污穢地區(qū)（爬電比距31 mm/kV）。

2）復(fù)合外套類：是用復(fù)合硅橡膠材料做外套，選用高性能的氧化鋅電阻片，內(nèi)部采用特殊結(jié)構(gòu)，用先進(jìn)工藝方法裝配而成，具有硅橡膠材料和氧化鋅電阻片的雙重優(yōu)點(diǎn)。該系列產(chǎn)品除有瓷外套氧化鋅避雷器的一切優(yōu)點(diǎn)外，還有絕緣性能、高的耐污穢性能、良好防爆性能，以及體積小、重量輕、平時(shí)不需維護(hù)、不易破損、密封可靠、耐老化性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

3）GIS 罐式類：是避雷器發(fā)展的新領(lǐng)域，采用了絕緣性能優(yōu)良的SF6 氣體絕緣介質(zhì)，使得絕緣性能大幅度提高。

2.5 按性能分類

氧化鋅避雷器按結(jié)構(gòu)性能分為：無(wú)間隙（W）、帶串聯(lián)間隙（C）、帶并聯(lián)間隙（B）3 類。

2.5.1 無(wú)間隙氧化鋅避雷器

1）無(wú)間隙氧化鋅避雷器主要限制操作過(guò)電壓。因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、電氣特性優(yōu)良，發(fā)展過(guò)程中始終處于主流地位，其特點(diǎn)有：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部零件大為減少，不但降低了出現(xiàn)故障的概率，而且有利于制造廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、提高效益。②保護(hù)性能好，電阻片具有良好的非線性伏安特性，正常工作電壓下續(xù)流值僅為毫安級(jí)，無(wú)需串聯(lián)間隙，消除了因間隙擊穿、特性變化造成的影響。③吸收能量大，電阻片單位體積吸收能量較傳統(tǒng)的閥式避雷器電阻片大5～10 倍。④保護(hù)效果好，只要過(guò)電壓超過(guò)避雷器的額定電壓，保護(hù)作用就能開(kāi)始，這對(duì)降低頻繁作用的過(guò)電壓、減少異常絕緣擊穿、延長(zhǎng)設(shè)備壽命都有積極作用。⑤運(yùn)行檢測(cè)方便，能通過(guò)帶電檢測(cè)避雷器特性的變化。⑥由于沒(méi)有串聯(lián)間隙，電阻片不僅承受雷電和操作過(guò)電壓作用，還要承受正常持續(xù)運(yùn)行過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓，因此，存在著在這些電壓作用下的惡劣化和熱穩(wěn)定問(wèn)題。

2）無(wú)間隙氧化鋅避雷器適用于各變電站、配電變壓器、電纜、并聯(lián)電容器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電力線路等。

2.5.2 間隙氧化鋅避雷器

1）根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)，例如輸電線路和諧振過(guò)電壓多發(fā)的地方，可選用有串聯(lián)間隙的避雷器。對(duì)于絕緣較弱、要求殘壓較低時(shí)，還可選用有并聯(lián)間隙的避雷器。有間隙避雷器的特點(diǎn)如下：①有串聯(lián)間隙的避雷器，使電阻片與帶電導(dǎo)線隔離，可避免系統(tǒng)單相接地引起的暫時(shí)過(guò)電壓、弧光接地、諧振過(guò)電壓對(duì)電阻片的直接作用。但串聯(lián)間隙后，也就不具備無(wú)間隙避雷器的優(yōu)點(diǎn)。②有并聯(lián)間隙的避雷器是在一部分電阻片上并聯(lián)間隙，當(dāng)雷電流達(dá)到一定幅值時(shí)，這部分電阻片上的殘壓使間隙放電而短路。當(dāng)雷電流幅值等于標(biāo)稱放電電流時(shí)，避雷器的殘壓值可低于無(wú)間隙避雷器的殘壓。對(duì)保護(hù)雷電沖擊絕緣水平較低的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)等，有一定優(yōu)越性，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。③若與普通碳化硅閥式避雷器相比，具有相近保護(hù)特性時(shí)，避雷器沒(méi)有續(xù)流或續(xù)流很小。如果保持續(xù)流相近，則殘壓值比碳化硅閥式避雷器低；在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，殘壓值比無(wú)間隙的避雷器的殘壓低。④有間隙的避雷器一般用于線路或3～66 kV 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的保護(hù)。

2）有間隙氧化鋅避雷器適用于多發(fā)生雷電過(guò)電壓的架空線路、變電站、以及與架空線路相連接的配電變壓器、發(fā)電機(jī)、分段開(kāi)關(guān)、刀閘和電纜等。

3 避雷器選型誤區(qū)

由于選型人員缺乏防雷知識(shí)，對(duì)氧化鋅避雷器選型不夠重視，簡(jiǎn)單認(rèn)為只要裝了避雷器就有防雷作用，造成避雷器的選型錯(cuò)誤，使得避雷器在實(shí)際運(yùn)行中根本起不到應(yīng)有的保護(hù)作用。根據(jù)多年現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，選型錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在以下方面。

3.1 選型時(shí)未考慮環(huán)境影響

氧化鋅避雷器選型時(shí)，應(yīng)按當(dāng)?shù)氐暮０胃叨?、氣溫、風(fēng)速、污穢、地震等條件選擇。若用戶訂貨時(shí)未作具體要求，則生產(chǎn)廠家會(huì)提供正常條件使用的避雷器。

晉煤集團(tuán)的子分公司遍布全國(guó)各省，海拔高度不盡相同。以山西省為例，全省海拔高度1000～2000 m，最高可達(dá)3000 m。選型時(shí)如果不作具體要求，生產(chǎn)廠家將按正常使用條件“海拔1000 m以下”供貨。高海拔地區(qū)正常使用條件下的避雷器的爬電比距要大；避雷器內(nèi)部絕緣件及外套絕緣的雷電沖擊水平，也比正常使用條件的避雷器要高（海拔每升高100 m，雷電沖擊水平升高1%）。由此可見(jiàn)，海拔越高，選型錯(cuò)誤對(duì)被保護(hù)設(shè)備造成的危害越嚴(yán)重。

3.2 選型時(shí)未考慮保護(hù)對(duì)象

不同的電器操作中產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值、沖擊電流是不同的，故需配備不同型號(hào)的避雷器。若選擇不當(dāng)，就不能發(fā)揮應(yīng)有作用，甚至發(fā)生事故。

現(xiàn)以10 kV 系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)用的避雷器為例說(shuō)明：由表1 知,變電站和電動(dòng)機(jī)用的避雷器型號(hào)不同，參數(shù)也有較大差別。電動(dòng)機(jī)的沖擊絕緣強(qiáng)度在同一電壓等級(jí)電氣設(shè)備中是較低的。額定電壓10.5 kV 電動(dòng)機(jī)，出廠沖擊耐壓34 kV（幅值），保護(hù)電動(dòng)機(jī)的避雷器電壓參數(shù)相應(yīng)也低。變電站10 kV 變壓器、斷路器出廠沖擊耐壓75 kV（幅值），相應(yīng)避雷器電壓參數(shù)也大。因此兩者不能互換使用；當(dāng)電動(dòng)機(jī)誤裝變電站避雷器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)遭受過(guò)電壓侵襲時(shí)，避雷器動(dòng)作，可將過(guò)電壓限制在不大于45 kV 殘壓下，這比電動(dòng)機(jī)專用避雷器殘壓31 kV 高出14 kV，殘壓的增高可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣沖穿，甚至引發(fā)爆炸事故。

表1 10 kV 變電站用避雷器與電動(dòng)機(jī)用避雷器的參數(shù)對(duì)比

3.3 避雷器額定電壓的選擇錯(cuò)誤

氧化鋅避雷器的額定電壓是指允許加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值。額定電壓下，氧化鋅避雷器應(yīng)能吸收規(guī)定的雷電或操作過(guò)電壓能量，其自身特性基本不變，不發(fā)生熱擊穿。交流電力系統(tǒng)中，作用于電器設(shè)備上的電壓有運(yùn)行工作電壓、工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓。不同的自然條件及各種過(guò)電壓，對(duì)電力設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。氧化鋅避雷器的主要任務(wù)是將變電站內(nèi)各類設(shè)備上的過(guò)電壓限制在絕緣可承受的范圍內(nèi)，并使自身的損壞率控制在可接受的范圍內(nèi)。

表2 35 kV 氧化鋅避雷器的技術(shù)參數(shù) /kV

現(xiàn)以表2 為例，選型時(shí)若避雷器的額定電壓選擇的較高，則其允許的持續(xù)運(yùn)行電壓就高，標(biāo)稱電流下的殘壓也隨之提高，但保護(hù)裕度卻會(huì)減小，被保護(hù)設(shè)備的絕緣所受的電應(yīng)力就會(huì)很大；反之，若避雷器的額定電壓選擇的較低，則其允許的持續(xù)運(yùn)行電壓就低，標(biāo)稱電流下的殘壓也隨之降低，雖然保護(hù)裕度增大了，但有可能帶來(lái)安全事故。因此，氧化鋅避雷器選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)電壓等級(jí)、運(yùn)行時(shí)過(guò)電壓的幅值、保護(hù)設(shè)備類型、故障切除時(shí)間等情況，選擇最佳的避雷器額定電壓值，以取得較大的保護(hù)裕度。根據(jù)晉煤集團(tuán)供電系統(tǒng)電壓等級(jí)和保護(hù)設(shè)備的不同情況，筆者給出氧化鋅避雷器額定電壓的選擇建議（如表3 所示），提供同行參考。

表3 避雷器額定電壓的選擇建議 /kV

3.4 標(biāo)稱放電電流的選擇錯(cuò)誤

避雷器標(biāo)稱放電電流是表示避雷器保護(hù)特性和能量吸收能力的主要參數(shù),其選擇數(shù)值直接影響絕緣配合的整個(gè)程序,影響變電站過(guò)電壓保護(hù)的可靠性和避雷器本身運(yùn)行的可靠性。有許多人認(rèn)為避雷器標(biāo)稱放電電流選擇的越大、保護(hù)效果越好，這種選法是錯(cuò)誤的。廠家樣本反應(yīng)避雷器電壓等級(jí)越高，標(biāo)稱放電電流越大。若避雷器的額定電壓選擇的較高，則殘壓也隨之提高，但設(shè)備保護(hù)裕度卻會(huì)因此而減小，被保護(hù)設(shè)備的絕緣所受的電應(yīng)力就會(huì)增大，無(wú)形中放大了絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

按國(guó)標(biāo)DL/T620 規(guī)定，通過(guò)避雷器的雷電流與其所在地區(qū)的雷電日水平、雷電頻度、線路防雷設(shè)計(jì)、變電站的設(shè)備布置、以及變電站所處的地形等諸多因素有關(guān)。因此集團(tuán)公司110 kV 系統(tǒng)避雷器標(biāo)稱放電電流應(yīng)按5 kA選擇，在雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈的地區(qū)（如寺河礦地區(qū)）可選用10 kA 避雷器；35 kV 及以下系統(tǒng)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)考慮，按照被保護(hù)設(shè)備的不同，標(biāo)稱放電電流可按表4 選擇。

4 避雷器選型的相關(guān)措施

闡述氧化鋅避雷器的選型誤區(qū)，是提醒選型時(shí)，應(yīng)詳細(xì)提供安裝地點(diǎn)的環(huán)境條件、設(shè)備類型等資料，以避免因選型不當(dāng)而發(fā)生事故。要在做到正確選型的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)方面的監(jiān)督與管理。

1）運(yùn)行單位要加強(qiáng)對(duì)氧化鋅避雷器的全過(guò)程質(zhì)量管理，要從設(shè)計(jì)安裝著手，實(shí)行規(guī)范化的管理定期檢修，淘汰劣質(zhì)產(chǎn)品，防止劣質(zhì)設(shè)備進(jìn)入電網(wǎng)。

2）提高交接驗(yàn)收質(zhì)量，檢查制造、安裝、運(yùn)行中可能存在的缺陷；例如制造過(guò)程中受潮，運(yùn)輸過(guò)程中受損，安裝位置不當(dāng)，受力過(guò)大引起的外護(hù)套裂紋等故障隱患。

3）豐富氧化鋅避雷器的試驗(yàn)手段，提高設(shè)備健康水平。在每年雷雨季節(jié)來(lái)臨前，及時(shí)進(jìn)行氧化鋅避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)，檢查氧化鋅避雷器的各元件是否良好，參數(shù)是否符合要求，查看安裝計(jì)數(shù)器的動(dòng)作是否良好。防止氧化鋅避雷器在運(yùn)行中誤動(dòng)作和爆炸事故。

4）提高運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)能力；雷雨之后要及時(shí)查看放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作次數(shù)，觀察在線監(jiān)測(cè)儀泄漏電流指示是否在雷擊前位置，并按變化情況確認(rèn)氧化鋅避雷器健康狀況，如有異常應(yīng)及時(shí)將氧化鋅避雷器退出運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

使用單位只要正確選擇氧化鋅避雷器的型號(hào)，提高安裝驗(yàn)收質(zhì)量，加強(qiáng)運(yùn)行管理，科學(xué)合理地開(kāi)展設(shè)備檢修，氧化鋅避雷器就能發(fā)揮出優(yōu)良的保護(hù)作用，從而確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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