第３１卷第１４期 Ｖｏｌ＿３１ Ｎｏ．１４ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＣＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２０１２年５月 Ｍａｖ．２０１２ 论氧化锌避雷器及运行监测 谢滢莹 （广东电网公司潮州供电局，广东潮州５２１０００） 摘要：避雷器是现代电网中重要的防雷保护元件，目前电网中主要采用的是氧化锌避雷器，文章主要介绍了它的优 点及在运行中常见的缺陷，并提出在运行状态下对避雷器工作情况进行监测的方案。 关键词：氧化锌避雷器；红外测温；泄漏电流；运行 中图分类号：ＴＭ８６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１２）１４一Ｏｌ１９—０２ １避雷器简介 避雷器是用来过电压的一种保护电器，是发电 厂变电站中防雷保护的基本保护元件之一。 它的工作原理是将系统通过避雷器接地，即避雷器 一端与被保护设备并联，另一端与地相连。由于避雷器的 电阻具有非线性，在正常运行电压下，呈现极高的电阻， 通过它的电流只有微安级；当系统出现危害电器绝缘水 平的过电压，避雷器动作，ＪｔＬ￣，ｔ对过电压表现为低电阻，将 过电压负荷释放，保护电气设备绝缘水平，将电网过电压 升高幅值在一定水平之下，保证了电网电力设备的 安全稳定可靠运行。除了雷电过电压，还能操作 过电压。 其运行特性的要求为： ①在正常工作电压下，避雷器对地有较高的绝缘电 阻，等于开路。 ②当出现过电压时，避雷器都能快速对地导通，使雷 电流迅速对地放电。这种情况下，其电阻变小，相当于短 路。 ③在高电压、大电流的动作过程中，避雷器不能过热 或损坏。 ④在动作过后的恢复过程中，应能防止工频电流续 流。 氧化锌避雷器是从２０世纪７０年代发展起来的新型 保护电器，其主要元件是氧化锌电阻片。从应用上看，氧 化锌避雷器可分为直流与交流用，在结构上可分为无间 隙与有间隙（分别为串联间隙与并联间隙），在电力系统 中主要采用的是无间隙氧化锌避雷器，在本章内容中我 们主要讨论的是无间隙氧化锌避雷器。 其等效电路图如图１所示，其中Ｉｘ是泄漏电流，Ｉｒ是 阻性电流，Ｉｃ是容性电流。 氧化锌避雷器的主要元件是氧化锌电阻片，氧化锌 避雷器的阀片材料以氧化锌（ＺｎＯ）为主，适当添加其它 金属氧化物。加工成颗粒状混合物搅拌均匀，然后烘干， 压制成圆盘。经高温烧结制作后在阀片表面喷涂一层铝 粉，侧面则涂绝缘层（玻璃釉）。将阀片按照装相应的技术 要求组合后再装入瓷套内密封。与传统的阀片电阻相比， 它拥有较好的非线性特性，氧化锌电阻片与碳化硅电阻 片的典型伏安特性比较如图２所示。 图２中的Ｉ处一般为１０～５０ Ａ，ＩＩ处约为２００～４００ 作者简介：谢滢莹。女，广东电网公司潮州供电局。 图１氧化锌避雷器等效电路图 １ 【 小电流 … 区域 穿 ： 觚化锌电阻片 区域 碳化砩电阻片 鬟 。、 系统额定电厩 、｛ ２ｆ ３ 电新￡ 图２氧化锌电阻片与碳化硅电阻片的典型伏安特性比较图 Ａ。在小电流区域，氧化锌避雷器的非线性较差，且具有负 的电阻温度系数；在击穿区域，氧化锌电阻片具有较好的 非线性，在此区域内具有很小的正电阻温度系数。在击穿 区域，其固有电阻开始起作用，非线性特性又变差了。从 图中我们可以看出，在相同的系统电压下，氧化锌避雷器 的泄漏电流比较小，只有１０～５０ Ａ；当避雷器动作时，氧 化锌避雷器击穿电流较小，可以保证其多次动作。 ２氧化锌避雷器的优点 与传统的阀型避雷器相比，无间隙氧化锌避雷器具 有如下优点： ①由于无串联间隙，从而避免了因间隙存在带来的 许多问题，如对电压分布及放电电压的影响等。保护特性 优异，无放电时延，无续流，动作负载轻，耐多重雷击，多 次操作波，在大电流长时间重复动作的情况下，特性依然 稳定。 ②在正常工作电压下，避雷器只有很小的泄漏电流， 当过电压时，由于没有续流的通过，因此避雷器释放的能 量大为减少，即减少工频续流情况下的能量流失。 １２Ｏ 企业技术开发 ２０１２年５月 ③实用性好，结构简单，体积小，质量小，结构简单， 的。因此，在安装过程中，有可能出现上下节装反。 运行维护方便。 我们知道，避雷器运行时，其温升是与电压分布相关 ④传统带间隙的避雷器中，间隙放电电压会随着内 联的，即电压梯度越高则温升越高。因此，在实际运行中， 部气压的改变而变化，无间隙氧化锌避雷器没有这个问 务必要使其整节的电压分布均匀，可通过增加均压环，改 题，因此适合用于高原地区以及ＳＦ６全封闭组合电器中。 变电容等方式来实现这一目的。 ⑤适用于直流系统。直流电弧不同于交流电弧，没有 而当上下节装反，如第一节上下节装反，则使其最大 自然过零点，因此熄弧比较困难。无间隙避雷器不存在灭 电压梯度分布于第一节，电压分布不均匀，第一节电压梯 弧问题。 度更大，使温升更高，加速设备劣化。 ⑥在雷电行波陡波下保护特性有较大的改善。不会 随着行波陡度的增加而增大间隙放电电压。 ４如何在运行状态下监测避雷器状态 ３运行中常见的缺陷 在避雷器运行时可通过以下方法监测其状态。 ４．１红外测温 ３．１ 受潮 根据《带电设备红外诊断应用规范》，避雷器正常为 氧化锌避雷器受潮主要是由密封系统不良造成，或 整体轻微发热，较热点一般在靠近上部且不均匀，多节组 是安装时内部水分未排干。 － 合从上到下各节温度递减，引起整体发热或局部发热为 举例来说，其封壳是由硅橡胶构成的，若该封壳质量 异常，一般情况下，当温差Ｋ超过１ Ｋ时，则判断为异常。 低劣（小厂假冒伪劣产品，生产技术不完善，材料抗电化 避雷器发热属于电压类过热，受到设备本身的材料 性能不稳定），当温差变化较大或运行久了，其密封就会 绝缘水平影响比较大。当出现过热现象时，其发热量其实 不良；或者是避雷器的加工粗糙，使潮气或水分浸入，则 并不高，而且由于各绝缘层的热导不同，在运行电压下， 会导致内部绝缘降低，加速电阻片劣化。在受潮的情况 反馈到设备外部的温度变化不大。由于这种特性，通过红 下，由于其本身的电导性能与阻性电流明显增大，容易造 外测温检测局雷器的过热类缺陷，检出率较高 成沿瓷套内避或阀片侧面的沿面爬电，引起局部轻度发 ４．２监视泄漏电流 热，严重时会产生闪络击穿。 运行中的避雷器中，电阻片长期限承受运行电压，因 在因受潮而故障的避雷器内部，可以看出阀片及两 此在各个电阻片中有泄漏电流不断流过，而它的大小取 端喷铝面无通流或放电痕迹；而在硅橡胶套内壁或阀片 决于整个避雷器的温度与各个电阻片的劣化程度。如果 侧面，则能看到清晰的闪络痕迹，而金属附件上有锈斑， 避雷器发生异常，那么它的对地绝缘不平就会降低，泄漏 这就是受潮产生的影响了。 电流增大，最终发展成故障，导致避雷器击穿或损坏。现 ３．２劣化 在的变电站电压等级较高的避雷器基本都装设了在线监 由于没有放电间隙，由于氧化锌电阻片长期承受工 测仪器，可以不问断地监测避雷器的泄漏总电流或阻性 频电压的作用，从而产生劣化，从微观上来看，是晶介层 电流。 的势垒降低造成，引起电阻值降低造成的。由此导致泄漏 在运行过程中，泄漏电流会受到系统谐波、电压波 电流增加，其中，阻性电流Ｉｒ的增加，使有功分量急剧上 动、表面污秽、温度以及相邻相、测试点电磁场的影响。在 升，加速了阀片老化速度，在遇到操作冲击波时，当能量 读数时由于以上因素，避雷器的泄漏电流值差别是很大 被吸收后，避雷器来不及将损耗的功率散发出去，因此阀 的，因此，不以该泄漏电流的绝对值作为判断依据，而是 片温度上升，而阀片温度上升，又导致了泄漏电流的增 以最近几次测量得的数据以及三相之间的数据作为比 加，循环反复，最终发生热崩溃。 较。对新投运的避雷器，没有装设在线监测仪的，在投运 引起劣化的原因有：一是某些避雷器本身设计时，荷 初期，应每月带电测量一次泄漏电流值，三个月后可改为 电率太高。负荷过重，另外因电位分布不均，使得部分电 半年一次。有在线监测仪的，可每月记录一次泄漏电流值 阻片的劣化过快，由于电阻片在正常工作状态下有负的 以供比较。 温度系数，使得这种劣化情况更加严重；二是由于表面污 秽不均匀使得电位分布不均匀，从而引起局部荷电率过 参考文献 高，严重时还会发生局部放电产生脉冲电流。使得其侧面 的绝缘降低，进一步增大泄漏电流。 【１］江苏省电力工业局．电气试验技能培训【Ｍ］．北京：中国电力 ３．３安装错误 出版社，１９９８． 电压等级较高的氧化锌避雷器，一般由上中下三节 【２］ＤＩＪＴ６６４—２００４，带电设备红外诊断技术应用规范［ｓ］． 组成，虽然其内部结构不同，但是从外观上是看不出来 ［３］ＧＢ１１０３２—２０００，交流无间隙金属氧化物避雷器【ｓ】．
