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氧化锌避雷器在供电系统的应用与浅析

发布日期：

2023-05-19

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摘? 要：本文针对普通氧化锌避雷器在单相接地时容易发生事故的缺点，介绍了一种四间隙星形组合式过电压保护器的接法，并对如何正确地选用避雷器和避雷器的技术措施上给出合理性建议。

1?概述

在电力系统中，各种过电压现象十分普遍。主要大致可以分为：谐振过电压、操作过电压和雷电过电压三种情况[1]。如果没有有效的针对性的防范措施，随时都可能发生较大的事故。尤其是在大庆这样以石油为重要原料的生产基地，一旦因过电压事故导致线路停电或变电所失电，影响油田生产进度，会造成大量的经济损失。在供电系统中存在大量的变压器、电磁式电压互感器等非线性电感性设备，正常工作时，电压互感器电感运行在线性区域，但是发生开关操作、单相接地等情况时，电感的工作状态会转移到饱和区，导致电流电压异常，出现电压互感器烧毁或保险熔断甚至爆炸现象。目前电网中已经采取了很多种抑制电网过电压的措施，比如中性点接地、安装消弧线圈等，抑制过电压对电网造成的危害，本文希望通过对氧化锌避雷器的一些研究和改进，能够更好地完善对供电系统的过电压防护措施。

2 氧化锌避雷器的结构和工作特性

2.1避雷器的作用

避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备[2]。避雷器就是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置，间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态，在过电压下间隙被击穿接地，放电降压起到保护线路或设备绝缘的作用。

2.2 氧化锌避雷器简介

金属氧化锌避雷器(Metal Oxide Surge Arresters)，简称氧化锌避雷器(MOA)，通常是指仅由氧化锌电阻片相串联或并联，而无串并联放电间隙的避雷器[3]。目前大多数氧化锌避雷器由氧化锌阀片、压力释放装置和瓷套组成。氧化锌阀片是以ZnO为主，添加少量Bi2O3,Cr2O3等其他金属氧化物，在1000℃以上高温烧结而成。ZnO微粒的电阻率约为10-2??m，是导电性的。晶界层的电阻率是变化的，在低电压下约为10-8??m，在高电压下能突然下降到10-2??m，阀片此时由晶界层所决定而呈现出的高阻状态转变成为由氧化锌电阻决定的低阻状态，从而产生明显的压敏特性。晶界层的介电常数约为500~2000，所以ZnO阀片的固定电容较大，运行时流经阀片的电流主要是容性电流。

3 氧化锌避雷器在电力系统中的保护作用

3.1 普通氧化锌避雷器的保护

普通氧化锌避雷器的残压比，荷电率满足公式(2-1)的要求。

氧化锌避雷器在供电系统的应用与浅析 ??? 2-1

上式中，Ue为运行电压，U1mA为直流参考电压。一般氧化锌避雷器K1=0.75，高水平的阀片避雷器K1=0.8。

根据10kV氧化锌避雷器保护参数，当避雷器的持续运行电压Ue=6.6kV时，则1mA直流参考电压U1mA=18.9kV。当系统发生单相接地故障时，则其他两相电压Ue将升高√3倍，这时氧化锌避雷器的荷电率由公式(2-1)可知，K1=√2×√3×6.6/18.9=0.86。在这样高的荷电率情况下，氧化锌避雷器保证不了长时间安全运行。因此，氧化锌避雷器在系统单相接地或谐振时发生操作过电压情况损坏较多。

3.2 四间隙星形组合式过电压保护器保护

组合式过电压保护器分无间隙和有带串联间隙两种，本文主要讨论带串联间隙氧化锌避雷器。四间隙星形组合式过电压保护器是一种带串联间隙的组合式氧化锌避雷器，它是由四个带放电间隙的氧化锌单元构成，并以四星形方式联接。

4 氧化锌避雷器在运行中的问题简析

4.1 氧化锌避雷器的密封问题

在生产厂家那里，必须有很好的密封技术，氧化锌避雷器的密封出现老化是影响其发挥作用的重要因素。要么是厂家的密封技术太过粗糙，要么就是密封材料本身的质量一般，不对应对各种环境的变化，没有长时间使用的性能，一旦密封出现问题，潮气自然会进入到避雷器里面，使得其内部的绝缘失效，导致氧化锌阀片迅速出现劣化，最终引发避雷器的爆炸。

4.2 氧化锌阀片抗老化性能差

避雷器的内部结构之一的氧化锌阀片，会随着避雷器使用时间的增加，其劣化程度会逐渐加深，从而造成泄漏的电流也慢慢增加，甚至在和瓷套内部放电，如果情况严重的时候，避雷器内部的气体压力以及温度会在短时间内迅速上升，必然会造成避雷器的自身发生爆炸事故。

5 氧化锌避雷器的相关技术措施

5.1 设计选型

设计选型的时候，尽量选择有多年稳定地运行实践的产品，并且要根据实际情况判断该生产商是否具有先进设备、检测手段等。例如，对组合式过电压保护器的选用：

在选用组合式过电压保护器时，首先要了解被选产品结构特点、ZnO电阻片和间隙的产品质量、整体的绝缘性能和密封性能。同时，其各性能指标必须全部符合国家及行业的规定和标准的要求。选择MOA的重要技术参数是额定电压、最大持续电压、标称电流、雷电冲击保护水平、操作冲击保护水平等，下面就3~35kV系统串联间隙金属氧化锌避雷器选择进行阐述。

5.2 在线监测

要有检测氧化锌避雷器的在线监测仪，在监测过程中，要加强监测的力度，严格要求，尤其是在可能出现故障的环境里(如雷电频繁活动的区域)，对其容易发生故障的地方多加关注，对于接近使用寿命期限的避雷器更是要实时监测，定期排除各种可能发生的危险事故，利用在线检测设备来减少事故的发生率，延长避雷器的使用寿命。

6 结束语

氧化锌避雷器由于具有结构简单、动作迅速、非线性好和保护性强等特性而得到广泛应用，但造成避雷器发生各种安全事故的原因也有多样，针对这些原因需要一一制定预防措施，并认真落实，相信对提高避雷器的安全性和延长其使用寿命会起到帮助作用。随着电力设备逐步更新、技术不断进步，在今后电网中可能会引进其他型号的新型避雷器，也会在学习中发现其他对于避雷器运行的影响因素，仍需要通过学习对这些知识有进一步的了解。

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