氧化锌避雷器的选型措施

钱永林

（山西晋煤集团 晋圣永安宏泰煤业，山西 晋城 048006）

1 避雷器的概述

氧化锌避雷器是20 世纪70 年代出现的性能优良的电压保护装置，我国从日本引进氧化锌避雷器技术及装备，由引进到吸收、消化、技术改进用了3 年时间，于80 年代中期达到国际先进水平。晋煤集团于20 世纪90年代中期开始引进氧化锌避雷器，90 年代末期在全系统中迅速推广。但是由于生产厂家优劣不齐，设计部门选型不当，运行部门维护经验不足，由此引发的电网事故时有发生。

2 避雷器的分类

氧化锌避雷器据其电压等级、使用地点、结构、用途等情况，大致分为下列类型。

2.1 按电压等级分类

1）高压类：是指66 kV 以上的等级的氧化锌避雷器系列产品，大致分为500 kV、220 kV、110 kV 和66 kV 4个等级。

2）中压类：是指3 kV～66 kV（不包括66 kV）范围内的氧化锌避雷器系列产品，大致分为3 kV、6 kV、10 kV和35 kV 4 个等级。

3）低压类：是指3 kV 以下（不包括3kV）的氧化锌避雷器系列产品，大致分为1 kV、0.5 kV、0.38 kV 和0.22 kV 4 个等级。

2.2 按标称放电电流分类

氧化锌避雷器按标称放电电流大、能更好释放操作过电压能量的能力，可满足超高压系统绝缘配合的需要为原则。按放电电流大小分为20 kA、10 kA、5 kA、2.5 kA和1.5 kA 5 类。

2.3 按用途分类

氧化锌避雷器按用途分为：系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联补偿器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点氧化锌避雷器7 种类型。

2.4 按外护套类型分类

1）瓷外套类：以陶瓷作为氧化锌避雷器的绝缘外护套，其按耐污性能分为4 个等级：Ⅰ级为普通型（爬电比距为17 mm/kV）、Ⅱ级用于中等污秽地区（爬电比距20 mm/kV）、Ⅲ级用于重污秽地区（爬电比距25 mm/kV）、Ⅳ级用于特重污秽地区（爬电比距31 mm/kV）。

2）复合外套类：是用复合硅橡胶材料做外套，选用高性能的氧化锌电阻片，内部采用特殊结构，用先进工艺方法装配而成，具有硅橡胶材料和氧化锌电阻片的双重优点。该系列产品除有瓷外套氧化锌避雷器的一切优点外，还有绝缘性能、高的耐污秽性能、良好防爆性能，以及体积小、重量轻、平时不需维护、不易破损、密封可靠、耐老化性能优良等优点。

3）GIS 罐式类：是避雷器发展的新领域，采用了绝缘性能优良的SF6 气体绝缘介质，使得绝缘性能大幅度提高。

2.5 按性能分类

氧化锌避雷器按结构性能分为：无间隙（W）、带串联间隙（C）、带并联间隙（B）3 类。

2.5.1 无间隙氧化锌避雷器

1）无间隙氧化锌避雷器主要限制操作过电压。因结构简单紧凑、电气特性优良，发展过程中始终处于主流地位，其特点有：①结构简单，内部零件大为减少，不但降低了出现故障的概率，而且有利于制造厂实现自动化生产、提高效益。②保护性能好，电阻片具有良好的非线性伏安特性，正常工作电压下续流值仅为毫安级，无需串联间隙，消除了因间隙击穿、特性变化造成的影响。③吸收能量大，电阻片单位体积吸收能量较传统的阀式避雷器电阻片大5～10 倍。④保护效果好，只要过电压超过避雷器的额定电压，保护作用就能开始，这对降低频繁作用的过电压、减少异常绝缘击穿、延长设备寿命都有积极作用。⑤运行检测方便，能通过带电检测避雷器特性的变化。⑥由于没有串联间隙，电阻片不仅承受雷电和操作过电压作用，还要承受正常持续运行过电压和暂时过电压，因此，存在着在这些电压作用下的恶劣化和热稳定问题。

2）无间隙氧化锌避雷器适用于各变电站、配电变压器、电缆、并联电容器、发电机、电动机和电力线路等。

2.5.2 间隙氧化锌避雷器

1）根据被保护对象的特点，例如输电线路和谐振过电压多发的地方，可选用有串联间隙的避雷器。对于绝缘较弱、要求残压较低时，还可选用有并联间隙的避雷器。有间隙避雷器的特点如下：①有串联间隙的避雷器，使电阻片与带电导线隔离，可避免系统单相接地引起的暂时过电压、弧光接地、谐振过电压对电阻片的直接作用。但串联间隙后，也就不具备无间隙避雷器的优点。②有并联间隙的避雷器是在一部分电阻片上并联间隙，当雷电流达到一定幅值时，这部分电阻片上的残压使间隙放电而短路。当雷电流幅值等于标称放电电流时，避雷器的残压值可低于无间隙避雷器的残压。对保护雷电冲击绝缘水平较低的设备，如发电机等，有一定优越性，但结构较复杂。③若与普通碳化硅阀式避雷器相比，具有相近保护特性时，避雷器没有续流或续流很小。如果保持续流相近，则残压值比碳化硅阀式避雷器低；在中性点非直接接地系统中，残压值比无间隙的避雷器的残压低。④有间隙的避雷器一般用于线路或3～66 kV 中性点非直接接地系统中的保护。

2）有间隙氧化锌避雷器适用于多发生雷电过电压的架空线路、变电站、以及与架空线路相连接的配电变压器、发电机、分段开关、刀闸和电缆等。

3 避雷器选型误区

由于选型人员缺乏防雷知识，对氧化锌避雷器选型不够重视，简单认为只要装了避雷器就有防雷作用，造成避雷器的选型错误，使得避雷器在实际运行中根本起不到应有的保护作用。根据多年现场工作经验，选型错误主要表现在以下方面。

3.1 选型时未考虑环境影响

氧化锌避雷器选型时，应按当地的海拔高度、气温、风速、污秽、地震等条件选择。若用户订货时未作具体要求，则生产厂家会提供正常条件使用的避雷器。

晋煤集团的子分公司遍布全国各省，海拔高度不尽相同。以山西省为例，全省海拔高度1000～2000 m，最高可达3000 m。选型时如果不作具体要求，生产厂家将按正常使用条件“海拔1000 m以下”供货。高海拔地区正常使用条件下的避雷器的爬电比距要大；避雷器内部绝缘件及外套绝缘的雷电冲击水平，也比正常使用条件的避雷器要高（海拔每升高100 m，雷电冲击水平升高1%）。由此可见，海拔越高，选型错误对被保护设备造成的危害越严重。

3.2 选型时未考虑保护对象

不同的电器操作中产生的过电压幅值、冲击电流是不同的，故需配备不同型号的避雷器。若选择不当，就不能发挥应有作用，甚至发生事故。

现以10 kV 系统电动机用的避雷器为例说明：由表1 知,变电站和电动机用的避雷器型号不同，参数也有较大差别。电动机的冲击绝缘强度在同一电压等级电气设备中是较低的。额定电压10.5 kV 电动机，出厂冲击耐压34 kV（幅值），保护电动机的避雷器电压参数相应也低。变电站10 kV 变压器、断路器出厂冲击耐压75 kV（幅值），相应避雷器电压参数也大。因此两者不能互换使用；当电动机误装变电站避雷器，当电动机遭受过电压侵袭时，避雷器动作，可将过电压限制在不大于45 kV 残压下，这比电动机专用避雷器残压31 kV 高出14 kV，残压的增高可能导致电动机绝缘冲穿，甚至引发爆炸事故。

表1 10 kV 变电站用避雷器与电动机用避雷器的参数对比

3.3 避雷器额定电压的选择错误

氧化锌避雷器的额定电压是指允许加在避雷器两端的最大工频电压有效值。额定电压下，氧化锌避雷器应能吸收规定的雷电或操作过电压能量，其自身特性基本不变，不发生热击穿。交流电力系统中，作用于电器设备上的电压有运行工作电压、工频过电压、操作过电压、雷电过电压。不同的自然条件及各种过电压，对电力设备的安全运行构成威胁。氧化锌避雷器的主要任务是将变电站内各类设备上的过电压限制在绝缘可承受的范围内，并使自身的损坏率控制在可接受的范围内。

表2 35 kV 氧化锌避雷器的技术参数 /kV

现以表2 为例，选型时若避雷器的额定电压选择的较高，则其允许的持续运行电压就高，标称电流下的残压也随之提高，但保护裕度却会减小，被保护设备的绝缘所受的电应力就会很大；反之，若避雷器的额定电压选择的较低，则其允许的持续运行电压就低，标称电流下的残压也随之降低，虽然保护裕度增大了，但有可能带来安全事故。因此，氧化锌避雷器选型时，应根据系统电压等级、运行时过电压的幅值、保护设备类型、故障切除时间等情况，选择最佳的避雷器额定电压值，以取得较大的保护裕度。根据晋煤集团供电系统电压等级和保护设备的不同情况，笔者给出氧化锌避雷器额定电压的选择建议（如表3 所示），提供同行参考。

表3 避雷器额定电压的选择建议 /kV

3.4 标称放电电流的选择错误

避雷器标称放电电流是表示避雷器保护特性和能量吸收能力的主要参数,其选择数值直接影响绝缘配合的整个程序,影响变电站过电压保护的可靠性和避雷器本身运行的可靠性。有许多人认为避雷器标称放电电流选择的越大、保护效果越好，这种选法是错误的。厂家样本反应避雷器电压等级越高，标称放电电流越大。若避雷器的额定电压选择的较高，则残压也随之提高，但设备保护裕度却会因此而减小，被保护设备的绝缘所受的电应力就会增大，无形中放大了绝缘击穿的风险。

按国标DL/T620 规定，通过避雷器的雷电流与其所在地区的雷电日水平、雷电频度、线路防雷设计、变电站的设备布置、以及变电站所处的地形等诸多因素有关。因此集团公司110 kV 系统避雷器标称放电电流应按5 kA选择，在雷电活动特别强烈的地区（如寺河矿地区）可选用10 kA 避雷器；35 kV 及以下系统，从技术经济考虑，按照被保护设备的不同，标称放电电流可按表4 选择。

4 避雷器选型的相关措施

阐述氧化锌避雷器的选型误区，是提醒选型时，应详细提供安装地点的环境条件、设备类型等资料，以避免因选型不当而发生事故。要在做到正确选型的同时，还应加强相关方面的监督与管理。

1）运行单位要加强对氧化锌避雷器的全过程质量管理，要从设计安装着手，实行规范化的管理定期检修，淘汰劣质产品，防止劣质设备进入电网。

2）提高交接验收质量，检查制造、安装、运行中可能存在的缺陷；例如制造过程中受潮，运输过程中受损，安装位置不当，受力过大引起的外护套裂纹等故障隐患。

3）丰富氧化锌避雷器的试验手段，提高设备健康水平。在每年雷雨季节来临前，及时进行氧化锌避雷器的预防性试验，检查氧化锌避雷器的各元件是否良好，参数是否符合要求，查看安装计数器的动作是否良好。防止氧化锌避雷器在运行中误动作和爆炸事故。

4）提高运行人员的业务能力；雷雨之后要及时查看放电计数器动作次数，观察在线监测仪泄漏电流指示是否在雷击前位置，并按变化情况确认氧化锌避雷器健康状况，如有异常应及时将氧化锌避雷器退出运行。

5 结束语

使用单位只要正确选择氧化锌避雷器的型号，提高安装验收质量，加强运行管理，科学合理地开展设备检修，氧化锌避雷器就能发挥出优良的保护作用，从而确保电力系统安全稳定运行。

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