摘  要：本文(wén)針對普通氧化鋅避雷器在單相接地時容易發生事故的缺點，介紹了一種四間隙星形組合式過電(diàn)壓保護器的接法，并對如何正确地選用(yòng)避雷器和避雷器的技(jì )術措施上給出合理(lǐ)性建議。

1 概述

在電(diàn)力系統中(zhōng)，各種過電(diàn)壓現象十分(fēn)普遍。主要大緻可(kě)以分(fēn)為(wèi)：諧振過電(diàn)壓、操作(zuò)過電(diàn)壓和雷電(diàn)過電(diàn)壓三種情況[1]。如果沒有(yǒu)有(yǒu)效的針對性的防範措施，随時都可(kě)能(néng)發生較大的事故。尤其是在大慶這樣以石油為(wèi)重要原料的生産(chǎn)基地，一旦因過電(diàn)壓事故導緻線(xiàn)路停電(diàn)或變電(diàn)所失電(diàn)，影響油田生産(chǎn)進度，會造成大量的經濟損失。在供電(diàn)系統中(zhōng)存在大量的變壓器、電(diàn)磁式電(diàn)壓互感器等非線(xiàn)性電(diàn)感性設備，正常工(gōng)作(zuò)時，電(diàn)壓互感器電(diàn)感運行在線(xiàn)性區(qū)域，但是發生開關操作(zuò)、單相接地等情況時，電(diàn)感的工(gōng)作(zuò)狀态會轉移到飽和區(qū)，導緻電(diàn)流電(diàn)壓異常，出現電(diàn)壓互感器燒毀或保險熔斷甚至爆炸現象。目前電(diàn)網中(zhōng)已經采取了很(hěn)多(duō)種抑制電(diàn)網過電(diàn)壓的措施，比如中(zhōng)性點接地、安(ān)裝(zhuāng)消弧線(xiàn)圈等，抑制過電(diàn)壓對電(diàn)網造成的危害，本文(wén)希望通過對氧化鋅避雷器的一些研究和改進，能(néng)夠更好地完善對供電(diàn)系統的過電(diàn)壓防護措施。

2 氧化鋅避雷器的結構和工(gōng)作(zuò)特性

2.1避雷器的作(zuò)用(yòng)

避雷器的作(zuò)用(yòng)是限制過電(diàn)壓以保護電(diàn)氣設備[2]。避雷器就是在線(xiàn)路或設備上人為(wèi)地制造絕緣薄弱點即間隙裝(zhuāng)置，間隙的擊穿電(diàn)壓比線(xiàn)路或設備的雷電(diàn)沖擊絕緣水平低，在正常運行電(diàn)壓下間隙處于隔離絕緣狀态，在過電(diàn)壓下間隙被擊穿接地，放電(diàn)降壓起到保護線(xiàn)路或設備絕緣的作(zuò)用(yòng)。

2.2 氧化鋅避雷器簡介

金屬氧化鋅避雷器(Metal Oxide Surge Arresters)，簡稱氧化鋅避雷器(MOA)，通常是指僅由氧化鋅電(diàn)阻片相串聯或并聯，而無串并聯放電(diàn)間隙的避雷器[3]。目前大多(duō)數氧化鋅避雷器由氧化鋅閥片、壓力釋放裝(zhuāng)置和瓷套組成。氧化鋅閥片是以ZnO為(wèi)主，添加少量Bi2O3,Cr2O3等其他(tā)金屬氧化物(wù)，在1000℃以上高溫燒結而成。ZnO微粒的電(diàn)阻率約為(wèi)10-2Ω•m，是導電(diàn)性的。晶界層的電(diàn)阻率是變化的，在低電(diàn)壓下約為(wèi)10-8Ω•m，在高電(diàn)壓下能(néng)突然下降到10-2Ω•m，閥片此時由晶界層所決定而呈現出的高阻狀态轉變成為(wèi)由氧化鋅電(diàn)阻決定的低阻狀态，從而産(chǎn)生明顯的壓敏特性。晶界層的介電(diàn)常數約為(wèi)500~2000，所以ZnO閥片的固定電(diàn)容較大，運行時流經閥片的電(diàn)流主要是容性電(diàn)流。

3 氧化鋅避雷器在電(diàn)力系統中(zhōng)的保護作(zuò)用(yòng)

3.1 普通氧化鋅避雷器的保護

普通氧化鋅避雷器的殘壓比，荷電(diàn)率滿足公(gōng)式(2-1)的要求。

                2-1

上式中(zhōng)，Ue為(wèi)運行電(diàn)壓，U1mA為(wèi)直流參考電(diàn)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10kV氧化鋅避雷器保護參數，當避雷器的持續運行電(diàn)壓Ue=6.6kV時，則1mA直流參考電(diàn)壓U1mA=18.9kV。當系統發生單相接地故障時，則其他(tā)兩相電(diàn)壓Ue将升高√3倍，這時氧化鋅避雷器的荷電(diàn)率由公(gōng)式(2-1)可(kě)知，K1=√2×√3×6.6/18.9=0.86。在這樣高的荷電(diàn)率情況下，氧化鋅避雷器保證不了長(cháng)時間安(ān)全運行。因此，氧化鋅避雷器在系統單相接地或諧振時發生操作(zuò)過電(diàn)壓情況損壞較多(duō)。

3.2 四間隙星形組合式過電(diàn)壓保護器保護

組合式過電(diàn)壓保護器分(fēn)無間隙和有(yǒu)帶串聯間隙兩種，本文(wén)主要讨論帶串聯間隙氧化鋅避雷器。四間隙星形組合式過電(diàn)壓保護器是一種帶串聯間隙的組合式氧化鋅避雷器，它是由四個帶放電(diàn)間隙的氧化鋅單元構成，并以四星形方式聯接。

4 氧化鋅避雷器在運行中(zhōng)的問題簡析

4.1 氧化鋅避雷器的密封問題

在生産(chǎn)廠家那裏，必須有(yǒu)很(hěn)好的密封技(jì )術，氧化鋅避雷器的密封出現老化是影響其發揮作(zuò)用(yòng)的重要因素。要麽是廠家的密封技(jì )術太過粗糙，要麽就是密封材料本身的質(zhì)量一般，不對應對各種環境的變化，沒有(yǒu)長(cháng)時間使用(yòng)的性能(néng)，一旦密封出現問題，潮氣自然會進入到避雷器裏面，使得其内部的絕緣失效，導緻氧化鋅閥片迅速出現劣化，最終引發避雷器的爆炸。

4.2 氧化鋅閥片抗老化性能(néng)差

避雷器的内部結構之一的氧化鋅閥片，會随着避雷器使用(yòng)時間的增加，其劣化程度會逐漸加深，從而造成洩漏的電(diàn)流也慢慢增加，甚至在和瓷套内部放電(diàn)，如果情況嚴重的時候，避雷器内部的氣體(tǐ)壓力以及溫度會在短時間内迅速上升，必然會造成避雷器的自身發生爆炸事故。

5 氧化鋅避雷器的相關技(jì )術措施

5.1 設計選型

設計選型的時候，盡量選擇有(yǒu)多(duō)年穩定地運行實踐的産(chǎn)品，并且要根據實際情況判斷該生産(chǎn)商(shāng)是否具(jù)有(yǒu)先進設備、檢測手段等。例如，對組合式過電(diàn)壓保護器的選用(yòng)：

在選用(yòng)組合式過電(diàn)壓保護器時，首先要了解被選産(chǎn)品結構特點、ZnO電(diàn)阻片和間隙的産(chǎn)品質(zhì)量、整體(tǐ)的絕緣性能(néng)和密封性能(néng)。同時，其各性能(néng)指标必須全部符合國(guó)家及行業的規定和标準的要求。選擇MOA的重要技(jì )術參數是額定電(diàn)壓、最大持續電(diàn)壓、标稱電(diàn)流、雷電(diàn)沖擊保護水平、操作(zuò)沖擊保護水平等，下面就3~35kV系統串聯間隙金屬氧化鋅避雷器選擇進行闡述。

5.2 在線(xiàn)監測

要有(yǒu)檢測氧化鋅避雷器的在線(xiàn)監測儀，在監測過程中(zhōng)，要加強監測的力度，嚴格要求，尤其是在可(kě)能(néng)出現故障的環境裏(如雷電(diàn)頻繁活動的區(qū)域)，對其容易發生故障的地方多(duō)加關注，對于接近使用(yòng)壽命期限的避雷器更是要實時監測，定期排除各種可(kě)能(néng)發生的危險事故，利用(yòng)在線(xiàn)檢測設備來減少事故的發生率，延長(cháng)避雷器的使用(yòng)壽命。

6 結束語

氧化鋅避雷器由于具(jù)有(yǒu)結構簡單、動作(zuò)迅速、非線(xiàn)性好和保護性強等特性而得到廣泛應用(yòng)，但造成避雷器發生各種安(ān)全事故的原因也有(yǒu)多(duō)樣，針對這些原因需要一一制定預防措施，并認真落實，相信對提高避雷器的安(ān)全性和延長(cháng)其使用(yòng)壽命會起到幫助作(zuò)用(yòng)。随着電(diàn)力設備逐步更新(xīn)、技(jì )術不斷進步，在今後電(diàn)網中(zhōng)可(kě)能(néng)會引進其他(tā)型号的新(xīn)型避雷器，也會在學(xué)習中(zhōng)發現其他(tā)對于避雷器運行的影響因素，仍需要通過學(xué)習對這些知識有(yǒu)進一步的了解。