1、應用中的問(wèn)題探討
 

　　1.1避雷器自身過(guò)電壓防護問(wèn)題
 

　　避雷器是過(guò)電壓保護電器，其自身仍存在過(guò)電壓防護問(wèn)題。對于能量有限的過(guò)電壓如雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，避雷器泄流能起限壓保護作用。對能量是無(wú)限(有補充能源)的過(guò)電壓，如暫態(tài)過(guò)電壓(工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓的總稱(chēng))，其頻率或為工頻或為工頻的整數倍或分數倍，與工頻電源頻率總有合拍的時(shí)候，如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)過(guò)電壓，工頻電源能自動(dòng)補充過(guò)電壓能量，即使避雷器泄流過(guò)電壓幅值不衰減或只弱衰減，暫態(tài)過(guò)電壓如果進(jìn)入避雷器保護動(dòng)作區，勢必長(cháng)時(shí)反復動(dòng)作直至熱崩潰，避雷器損壞爆炸，因此暫態(tài)過(guò)電壓對避雷器有致命危害。如果已將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護死區內不受其危害的避雷器，稱(chēng)之為暫態(tài)過(guò)電壓承受能力強，反之稱(chēng)暫態(tài)過(guò)電壓承受能力差。碳化硅避雷器暫態(tài)過(guò)電壓承受能力強，但由于運行中動(dòng)作特性穩定性差，常因沖擊放電電壓(保護動(dòng)作區起始電壓)值下降，仍可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害。無(wú)間隙氧化鋅避雷器因其拐點(diǎn)電壓(可近似地把參考電壓當作拐點(diǎn)電壓)偏低，僅2.21～2.56Uxg(zui大相電壓)，而有些暫態(tài)過(guò)電壓zui大值達2.5～3.5Uxg，故有暫態(tài)過(guò)電壓承受能差的缺點(diǎn)。對暫態(tài)過(guò)電壓危害有效防護辦法是加結構性能穩定的串聯(lián)間隙將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護死區內，使避雷器免受其危害。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器有此*優(yōu)點(diǎn)。
 

　　1.2避雷器自身對電力系統不安全影響
 

　　保護間隙和管型避雷器在間隙擊穿后，保護回路再也沒(méi)有限流元件，保護動(dòng)作都要造成接地故障或相間短路故障，保護作用增多電力系統故障率，影響電力系統的正常、安全運行。應用氧化鋅避雷器，從根本上避免保護作用產(chǎn)生接地故障或相間短路故障，且不用自動(dòng)重合閘裝置就能減少線(xiàn)路雷害停電事故。
 

　　1.3避雷器其連續雷電沖擊保護能力
 

　　有時(shí)高壓電力裝置可能遭受連續雷電沖擊，連續雷電沖擊是指兩次雷電入侵波間隔時(shí)間僅數百μs至數千μs，間隔時(shí)間極短。碳化硅避雷器保護動(dòng)作既泄放雷電流也泄放工頻續流，切斷續流時(shí)耗zui大達10000μs，一次保護循環(huán)時(shí)間要遠大于10000μs才能恢復到可進(jìn)行再次動(dòng)作能力，故碳化硅避雷器沒(méi)有連續雷電沖擊保護能力。氧化鋅避雷器保護動(dòng)作只泄放雷電流，雷電流泄放(小于100μs)完畢，立即恢復到可進(jìn)行再次動(dòng)作能力，故氧化鋅避雷器具有連續雷電沖擊保護能力，這對于多雷區或雷電活動(dòng)特殊強烈地區的防雷保護尤為重要。
 

　　1.4工頻能源的浪費
 

　　只關(guān)注防雷器件泄放雷電流的限(降)壓保護作用，輕視或忽視有些器件同時(shí)泄放工頻電流浪費能源作用。保護間隙或管型避雷器保護動(dòng)作可能伴隨短路電流(幾kA至幾十kA)對地放電，碳化硅避雷器保護動(dòng)作有工頻續流(避雷器FS型為50A，FZ型為80A，FCD型為250A)對地放電，而造成能源浪費，使用氧化鋅避雷器可*避免保護作用帶來(lái)的工頻能源浪費。
 

　　2、避雷器保護特性
 

　　2.1避雷器的保護特性參數
 

　　各種型號的避雷器在同用途同電壓級時(shí)，其雷電殘壓參數相同或接近，這是因為各生產(chǎn)廠(chǎng)都是按國標規定決定殘壓值的。有人認為既然雷電殘壓值一樣，它們的保護作用和效果也應是一樣的，隨意選用哪種型號都可以。這是一種偏見(jiàn)，因為除雷電殘壓外，還有其它保護參數，如工頻放電電壓值，沖擊放電電壓值，是考察避雷器暫態(tài)過(guò)電壓承受能力，保證其長(cháng)期正常運行的參數；又如是否有雷電陡波殘壓值，是標示避雷器防雷保護功能*的重要參數。綜合來(lái)看，只有串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器齊備上述保護特性參數，也就是說(shuō)它有齊全的防護功能。
 

　　2.2避雷器動(dòng)作特性運行穩定性
 

　　碳化硅避雷器保護動(dòng)作要泄放雷電流和工頻續流，動(dòng)作負載重，經(jīng)計算每次動(dòng)作泄放雷電流為0.04～0.07C電荷量，工頻續流為0.5～2.5C電荷量，后者與前者相比一般為11～17倍，且其間隙數量多隙距，常因動(dòng)作負載重使部分間隙燒毛燒損，另外瓷套外殼臟污潮濕也會(huì )影響內間隙電容分布，這些都可能使部分間隙失效而降低沖擊放電電壓值，即動(dòng)作特性穩定性差，可能增加保護動(dòng)作頻度，或遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害，而加速損壞。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器保護動(dòng)作只泄放雷電流而無(wú)續流，動(dòng)作負載輕，間隙不需具有滅弧及切斷續流能力，故間隙數量特少，3～10kV避雷器僅一個(gè)間隙，35kV避雷器為3個(gè)間隙串聯(lián)，間隙的工頻放電電壓值與碳化硅避雷器相同，符合GB7327規定，故間隙隙距大，動(dòng)作特性可保持長(cháng)期運行穩定。
 

　　2.3串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器
 

　　碳化硅避雷器因其間隙結構(隙距小，數量多)帶來(lái)一些缺點(diǎn)：如沒(méi)有雷電陡波保護功能；沒(méi)有連續雷電沖擊保護能力；動(dòng)作特性穩定差可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害；動(dòng)作負載重壽命短等。無(wú)間隙氧化鋅避雷器因其拐點(diǎn)電壓較低，有暫態(tài)過(guò)電壓承受能力差，損壞爆炸率高和壽命短等缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用ZnO閥片，其間隙結構不同于碳化硅避雷器，因其間隙數量少，當過(guò)電壓達到?jīng)_擊放電電壓時(shí)間隙無(wú)時(shí)延擊穿，同時(shí)因隙距大動(dòng)作特性穩定，故它可避免碳化硅避雷器間隙帶來(lái)的一切缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護死區內免受其危害，故它可避免無(wú)間隙氧化鋅避雷器因拐點(diǎn)電壓偏低帶來(lái)一切缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器仍有前兩種避雷器保護性能優(yōu)點(diǎn)，而避免它們的缺點(diǎn)。
 

　　2.4避雷器運行工況監測
 

　　避雷器失效的主要特征是泄漏電流增大，運行中不易發(fā)現，有可能長(cháng)時(shí)帶病運行，以致擴大事故，故有必要監察其運行工況。碳化硅避雷缺乏監察手段，靠每年定期普遍測試篩選淘汰這樣作事倍功半，還不能隨時(shí)剔除失效品。氧化鋅避雷器可附帶脫離器，當其失效損壞時(shí)，脫離器自動(dòng)動(dòng)作(30mA時(shí)不大于8min)退出運行，以免造成更大損失和事故，提高運行安全可靠性。
 

　　3、避雷器應用
 

　　3.1避雷器外形尺寸
 

　　制造避雷器均按戶(hù)內外兩用條件決定其瓷套絕緣強度，其外形尺寸與閥片材料有關(guān)。當其用于架空線(xiàn)路或戶(hù)外變配電設備時(shí)，因其相間距大，避雷器外形尺寸不會(huì )帶來(lái)不良影響。戶(hù)內手車(chē)式開(kāi)關(guān)柜因其體積尺寸較小，避雷器外形尺寸大時(shí)會(huì )帶來(lái)不良影響。碳化硅避雷器的SiC閥片其單位通流容量?jì)H為ZnO閥片的1/4，在相同通流能力(5kA)條件下，SiC閥片直徑較大，避雷器外徑也大；在相同額定電壓和殘壓條件下，碳化硅避雷器高度比氧化鋅避雷器大。尤以35kV級的更為顯著(zhù)。如JYN1-35型手車(chē)柜的112方案，原用FYZ1-35型無(wú)間隙氧化鋅避雷器，高僅650mm，裝在柜后部隔室內簡(jiǎn)易手車(chē)上，上部有隔離插頭，因該產(chǎn)品已停產(chǎn)，工程設計堅持改用FZ3-35型碳化硅避雷器，高1500mm，隔室高度不夠，只得將母線(xiàn)室與隔室間隔板取消，避雷器直接與主母線(xiàn)相聯(lián)，這樣避雷器的測試或更換必需在整段主母線(xiàn)斷電下進(jìn)行，運行維護困難，而避雷器外徑較大，相間空氣凈距不夠，加裝的相間絕緣隔板，有老化受潮絕緣事故隱患。氧化鋅避雷器外徑和高度相對較小，35kV級還可作成懸掛式，如Y5CZz-42/110L型串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器，高度僅640mm。小型化避雷器更有利于手車(chē)柜內安裝使用。
 

　　3.2避雷器性能價(jià)格比
 

　　無(wú)間隙氧化鋅避雷器的閥片運行中長(cháng)期承受電網(wǎng)電壓，工作條件嚴酷，產(chǎn)品制造時(shí)要對閥片嚴格測試篩選，合格率低成本高，故價(jià)格也高；因它有暫態(tài)過(guò)電壓承受能力差的致命弱點(diǎn)，不適于在我國3～35kV電網(wǎng)中推廣使用。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器因有間隙，大大改善閥片長(cháng)期工作條件，產(chǎn)品制造時(shí)對閥片測試篩選要求相對低些，合格率高成本低，價(jià)格也就便宜，串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器價(jià)格比無(wú)間隙氧化鋅避雷器普遍便宜，有時(shí)也比碳化硅避雷器(如3～10kV的FZ型)便宜，同時(shí)它對其它防雷器件都有揚長(cháng)避短作用，實(shí)為當代的防雷電器，具有高的性能價(jià)格比，是避雷器更新?lián)Q代的普及和推廣產(chǎn)品。
 

　　3.3避雷器使用壽命問(wèn)題
 

　　避雷器使用壽命與許多因素有關(guān)，除制造質(zhì)量，密封失效受潮及其它外界因素外，避雷器閥片的老化速度是影響壽命的關(guān)鍵因素。碳化硅避雷器因其動(dòng)作和負載重，續流大，動(dòng)作特性穩定差，可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害等原因，加速閥片老化，壽命不長(cháng)，一般7～10年，甚致有僅3～5年的。無(wú)間隙氧化鋅避雷器的閥片長(cháng)期承受電網(wǎng)電壓，工作條件嚴酷，拐點(diǎn)電壓低，動(dòng)作頻度大，還可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害，溫度熱損傷等原因，迅速加快閥片老化，壽命較短，有的比碳化硅避雷器還短。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙可保證閥片只在過(guò)電壓保護動(dòng)作過(guò)程承受高電壓，時(shí)間極短(100μs內)，在其它情況下閥片對于電網(wǎng)電壓，或處于隔離狀態(tài)(純間隙時(shí))，或處于低電位狀態(tài)(復合間隙電阻分壓)，大大改善閥片長(cháng)期工作條件，還可免受暫態(tài)過(guò)電壓危害和溫度熱損傷，保證閥片溫度不超過(guò)55℃，從而保證避雷器壽命達20年以上。
 

　　4、氧化鋅避雷器運行中的問(wèn)題分析
 

　　我公司應用氧化鋅避雷器始于80年代，運行至今在110KV母線(xiàn)上共發(fā)生6起事故，均為氧化鋅避雷器本體爆炸，其運行壽命zui長(cháng)達110個(gè)月，zui短的僅有11個(gè)月??表1為我公司110KVⅢ段母線(xiàn)避雷器爆炸統計表。
 

　　從運行時(shí)間上、安裝的環(huán)境、氣候、及生產(chǎn)廠(chǎng)，對損壞的氧化鋅避雷器進(jìn)行技術(shù)分析，造成氧化鋅避雷器運行中爆炸的原因可歸納如下幾項：
 

　　4.1氧化鋅避雷器的密封問(wèn)題
 

　　氧化鋅避雷器密封老化問(wèn)題，主要是生產(chǎn)廠(chǎng)采用的密封技術(shù)不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩定，在溫差變化較大時(shí)或運行時(shí)間接近產(chǎn)品壽命后期，造成其密封不良而后使潮氣浸入，造成內部絕緣損壞，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。
 

　　4.2電阻片抗老化性能差
 

　　在氧化鋅避雷器運行在其產(chǎn)品壽命的后期，電阻片劣化造成泄漏電流上升，甚至造成與瓷套內部放電，放電嚴重時(shí)避雷器內部氣體壓力和溫度急劇增高，而引起氧化鋅避雷器本體爆炸，內部放電不太嚴重時(shí)可引起系統單相接地。
 

　　4.3瓷套污染
 

　　由于工作在室外的氧化鋅避雷器，瓷套受到環(huán)境粉塵的污染，特別是設置在冶金廠(chǎng)區內變電所，由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻，而使沿瓷套表面電流也不均勻分布，勢必導致電阻片中電流IMOA的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布)，使流過(guò)電阻片的電流較正常時(shí)大1—2個(gè)數量級，造成附加溫升，使吸收過(guò)電壓能力大為降低，也加速了電阻片的劣化。
 

　　4.4高次諧波
 

　　冶金企業(yè)電網(wǎng)隨著(zhù)大噸位電弧爐、大型整流、變頻設備的應用及軋鋼生產(chǎn)的沖擊負荷等的影響，使電網(wǎng)上的高次諧波值嚴重超標。由于電阻片的非線(xiàn)性，當正弦電壓作用時(shí)，還有一系列的奇次諧波，而在高次諧波作用時(shí)就更加速了電阻片的劣化速度。
 

　　4.5抗沖擊能力差
 

　　氧化鋅避雷器多在操作過(guò)電壓或雷電條件下發(fā)生事故，其原因是因電阻片在制造工藝過(guò)程中，由于其各工藝質(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴，而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強，在頻繁吸收過(guò)電壓能量過(guò)程中，加速了電阻片的劣化而損壞，失去了自身的技術(shù)性能。
 

　　5、技術(shù)措施
 

　　針對冶金電網(wǎng)的特點(diǎn)及氧化鋅避雷器幾次事故分析的結論，要保證氧化鋅避雷器在網(wǎng)上安全可靠運行，應采取以下措施：
 

　　5.1設計選型
 

　　在設計選型上，應有多年穩定運行實(shí)踐的產(chǎn)品，在選擇生產(chǎn)廠(chǎng)時(shí)，應選擇有先進(jìn)的工藝設備和完善的檢測手段的生產(chǎn)廠(chǎng)，才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使在產(chǎn)品的壽命周期內穩定運行。
 

　　5.2在線(xiàn)監測
 

　　增設氧化鋅避雷器的在線(xiàn)監測儀，并加強對在線(xiàn)監測儀的巡檢力度，特別是在雷雨后和易發(fā)生故障的部位(有電弧爐負荷的母線(xiàn)段、氧化鋅避雷器壽命已到后期)增加巡次數。定期給氧化鋅避雷器進(jìn)行各項電氣性能測試及在線(xiàn)監測儀的校驗。
 

　　5.3防污措施
 

　　采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油，在氧化鋅避雷器選型上選用防污瓷套型的氧化鋅避雷器。
 

　　5.4諧波治理
 

　　加強電網(wǎng)諧波的治理力度，在有諧波源的母線(xiàn)段增設動(dòng)態(tài)無(wú)功補償和濾波裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國家標準允許范圍內。
 

　　5.5技術(shù)管理
 

　　加強對氧化鋅避雷器的技術(shù)管理工作，即對運行在網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術(shù)檔案，對出廠(chǎng)報告、定期測試報告及在線(xiàn)監測儀的運行記錄均要存入技術(shù)檔案，直至該避雷器退出運行。