摘? 要：本文針對(duì)普通氧化鋅避雷器在單相接地時(shí)容易發(fā)生事故的缺點(diǎn)，介紹了一種四間隙星形組合式過(guò)電壓保護(hù)器的接法，并對(duì)如何正確地選用避雷器和避雷器的技術(shù)措施上給出合理性建議。

1?概述

在電力系統(tǒng)中，各種過(guò)電壓現(xiàn)象十分普遍。主要大致可以分為：諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓三種情況[1]。如果沒(méi)有有效的針對(duì)性的防范措施，隨時(shí)都可能發(fā)生較大的事故。尤其是在大慶這樣以石油為重要原料的生產(chǎn)基地，一旦因過(guò)電壓事故導(dǎo)致線(xiàn)路停電或變電所失電，影響油田生產(chǎn)進(jìn)度，會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。在供電系統(tǒng)中存在大量的變壓器、電磁式電壓互感器等非線(xiàn)性電感性設(shè)備，正常工作時(shí)，電壓互感器電感運(yùn)行在線(xiàn)性區(qū)域，但是發(fā)生開(kāi)關(guān)操作、單相接地等情況時(shí)，電感的工作狀態(tài)會(huì)轉(zhuǎn)移到飽和區(qū)，導(dǎo)致電流電壓異常，出現(xiàn)電壓互感器燒毀或保險(xiǎn)熔斷甚至爆炸現(xiàn)象。目前電網(wǎng)中已經(jīng)采取了很多種抑制電網(wǎng)過(guò)電壓的措施，比如中性點(diǎn)接地、安裝消弧線(xiàn)圈等，抑制過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)造成的危害，本文希望通過(guò)對(duì)氧化鋅避雷器的一些研究和改進(jìn)，能夠更好地完善對(duì)供電系統(tǒng)的過(guò)電壓防護(hù)措施。

2 氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)和工作特性

2.1避雷器的作用

避雷器的作用是限制過(guò)電壓以保護(hù)電氣設(shè)備[2]。避雷器就是在線(xiàn)路或設(shè)備上人為地制造絕緣薄弱點(diǎn)即間隙裝置，間隙的擊穿電壓比線(xiàn)路或設(shè)備的雷電沖擊絕緣水平低，在正常運(yùn)行電壓下間隙處于隔離絕緣狀態(tài)，在過(guò)電壓下間隙被擊穿接地，放電降壓起到保護(hù)線(xiàn)路或設(shè)備絕緣的作用。

2.2 氧化鋅避雷器簡(jiǎn)介

金屬氧化鋅避雷器(Metal Oxide Surge Arresters)，簡(jiǎn)稱(chēng)氧化鋅避雷器(MOA)，通常是指僅由氧化鋅電阻片相串聯(lián)或并聯(lián)，而無(wú)串并聯(lián)放電間隙的避雷器[3]。目前大多數(shù)氧化鋅避雷器由氧化鋅閥片、壓力釋放裝置和瓷套組成。氧化鋅閥片是以ZnO為主，添加少量Bi2O3,Cr2O3等其他金屬氧化物，在1000℃以上高溫?zé)Y(jié)而成。ZnO微粒的電阻率約為10-2??m，是導(dǎo)電性的。晶界層的電阻率是變化的，在低電壓下約為10-8??m，在高電壓下能突然下降到10-2??m，閥片此時(shí)由晶界層所決定而呈現(xiàn)出的高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為由氧化鋅電阻決定的低阻狀態(tài)，從而產(chǎn)生明顯的壓敏特性。晶界層的介電常數(shù)約為500~2000，所以ZnO閥片的固定電容較大，運(yùn)行時(shí)流經(jīng)閥片的電流主要是容性電流。

3 氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)中的保護(hù)作用

3.1 普通氧化鋅避雷器的保護(hù)

普通氧化鋅避雷器的殘壓比，荷電率滿(mǎn)足公式(2-1)的要求。

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上式中，Ue為運(yùn)行電壓，U1mA為直流參考電壓。一般氧化鋅避雷器K1=0.75，高水平的閥片避雷器K1=0.8。

根據(jù)10kV氧化鋅避雷器保護(hù)參數(shù)，當(dāng)避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓Ue=6.6kV時(shí)，則1mA直流參考電壓U1mA=18.9kV。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，則其他兩相電壓Ue將升高√3倍，這時(shí)氧化鋅避雷器的荷電率由公式(2-1)可知，K1=√2×√3×6.6/18.9=0.86。在這樣高的荷電率情況下，氧化鋅避雷器保證不了長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行。因此，氧化鋅避雷器在系統(tǒng)單相接地或諧振時(shí)發(fā)生操作過(guò)電壓情況損壞較多。

3.2 四間隙星形組合式過(guò)電壓保護(hù)器保護(hù)

組合式過(guò)電壓保護(hù)器分無(wú)間隙和有帶串聯(lián)間隙兩種，本文主要討論帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。四間隙星形組合式過(guò)電壓保護(hù)器是一種帶串聯(lián)間隙的組合式氧化鋅避雷器，它是由四個(gè)帶放電間隙的氧化鋅單元構(gòu)成，并以四星形方式聯(lián)接。

4 氧化鋅避雷器在運(yùn)行中的問(wèn)題簡(jiǎn)析

4.1 氧化鋅避雷器的密封問(wèn)題

在生產(chǎn)廠(chǎng)家那里，必須有很好的密封技術(shù)，氧化鋅避雷器的密封出現(xiàn)老化是影響其發(fā)揮作用的重要因素。要么是廠(chǎng)家的密封技術(shù)太過(guò)粗糙，要么就是密封材料本身的質(zhì)量一般，不對(duì)應(yīng)對(duì)各種環(huán)境的變化，沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間使用的性能，一旦密封出現(xiàn)問(wèn)題，潮氣自然會(huì)進(jìn)入到避雷器里面，使得其內(nèi)部的絕緣失效，導(dǎo)致氧化鋅閥片迅速出現(xiàn)劣化，最終引發(fā)避雷器的爆炸。

4.2 氧化鋅閥片抗老化性能差

避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之一的氧化鋅閥片，會(huì)隨著避雷器使用時(shí)間的增加，其劣化程度會(huì)逐漸加深，從而造成泄漏的電流也慢慢增加，甚至在和瓷套內(nèi)部放電，如果情況嚴(yán)重的時(shí)候，避雷器內(nèi)部的氣體壓力以及溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，必然會(huì)造成避雷器的自身發(fā)生爆炸事故。

5 氧化鋅避雷器的相關(guān)技術(shù)措施

5.1 設(shè)計(jì)選型

設(shè)計(jì)選型的時(shí)候，盡量選擇有多年穩(wěn)定地運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品，并且要根據(jù)實(shí)際情況判斷該生產(chǎn)商是否具有先進(jìn)設(shè)備、檢測(cè)手段等。例如，對(duì)組合式過(guò)電壓保護(hù)器的選用：

在選用組合式過(guò)電壓保護(hù)器時(shí)，首先要了解被選產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、ZnO電阻片和間隙的產(chǎn)品質(zhì)量、整體的絕緣性能和密封性能。同時(shí)，其各性能指標(biāo)必須全部符合國(guó)家及行業(yè)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的要求。選擇MOA的重要技術(shù)參數(shù)是額定電壓、最大持續(xù)電壓、標(biāo)稱(chēng)電流、雷電沖擊保護(hù)水平、操作沖擊保護(hù)水平等，下面就3~35kV系統(tǒng)串聯(lián)間隙金屬氧化鋅避雷器選擇進(jìn)行闡述。

5.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

要有檢測(cè)氧化鋅避雷器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的力度，嚴(yán)格要求，尤其是在可能出現(xiàn)故障的環(huán)境里(如雷電頻繁活動(dòng)的區(qū)域)，對(duì)其容易發(fā)生故障的地方多加關(guān)注，對(duì)于接近使用壽命期限的避雷器更是要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，定期排除各種可能發(fā)生的危險(xiǎn)事故，利用在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備來(lái)減少事故的發(fā)生率，延長(zhǎng)避雷器的使用壽命。

6 結(jié)束語(yǔ)

氧化鋅避雷器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、非線(xiàn)性好和保護(hù)性強(qiáng)等特性而得到廣泛應(yīng)用，但造成避雷器發(fā)生各種安全事故的原因也有多樣，針對(duì)這些原因需要一一制定預(yù)防措施，并認(rèn)真落實(shí)，相信對(duì)提高避雷器的安全性和延長(zhǎng)其使用壽命會(huì)起到幫助作用。隨著電力設(shè)備逐步更新、技術(shù)不斷進(jìn)步，在今后電網(wǎng)中可能會(huì)引進(jìn)其他型號(hào)的新型避雷器，也會(huì)在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)其他對(duì)于避雷器運(yùn)行的影響因素，仍需要通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)這些知識(shí)有進(jìn)一步的了解。