外部过电压情况下氧化锌避雷器的安全状况

谢湾湾

（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 山西省晋城市 048000）

1 引言

避雷器又叫过电压保护器，是保护电力系统安全的重要电力设备，能避免瞬间过电压对电气设备的损伤，一般安装在电网导线和地线间。过电压是指电力系统在某些因素影响下工作电压发生异常升高并超过额定电压10%并持续时间1 分钟的异常现象[1]。过电压对电力系统的正常运行有着较为严重的危害。过电压可以分为外部过电压和内部过电压，内部过电压是指系统中磁能和电能之间的转化以及能量通过电容的传递、操作不当、电源设备运行情况变化、线路参数选择不当从而使得工频电压或高次谐波电压下发生的谐振等产生的过电压；外部过电压主要是指因雷电等自然因素导致的过电压现象。当电力系统遭遇外部过电压时，会导致电力系统中的电流和电压迅速增大，易导致电力设备的烧毁、损坏，对避雷器的安全稳定运行造成一定的影响[2]。避雷器是保障电力系统正常运行的重要保障，氧化锌避雷器是一种获得广泛应用的避雷器。氧化锌避雷器的非线性伏安特性非常的好，不存在灭弧问题以及间隙击穿特性。本文以氧化锌避雷器为例，分析外部过电压对避雷器的威胁，并研究避雷器的常见故障处理，为避雷器的安全稳定运行提供有效的保障。

2 外部过电压对避雷器的安全威胁

2.1 外部过电压概述

雷击是一种常见以闪电为表现形式的自然放电现象。据统计，全球平均每天大约发生800 万次的雷击。外部过电压以雷击为主，是指雷云对地面的瞬时放电现象，可以划分为直击雷过电压、感应雷过电压两种[3]。雷击对建筑物、人畜、树木有着严重的安全威胁，易引起火灾、人员伤亡。若雷电击中电气设备，如架空输电线路、输电线路铁塔，瞬时的强大雷击电压会导致电气设备发生过电压，会对电气设备造成严重损坏，若导致大面积的停电，也会影响社会生产和人们的日常生活，并造成较大的经济损失，尤其在交通不便的地区、山岭地区，高海拔地区等特殊地理位置地区，遇到雷电并伴有瞬间大风急雨等极端天气，往往会导致树木倒在导线上、倒杆断线等情况发生，在这些地区，巡视查找故障的难度也大大增加，若处理不及时，可能造成严重的电力事故。

2.2 氧化锌避雷器在外部过电压下的安全分析

在外部过电压的情况下，避雷器所承受的过电压大小和次数都是无法预知的，当雷电电压很高的情况下，假如直接击中输电线路，线路中的电压是瞬时升高，避雷器直接动作，氧化锌避雷器就相当于导体，电阻就会非常的小，通过欧姆定律就可以知道此时流过氧化锌避雷器的电流是非常大的，虽然氧化锌的通流容量是很大的，但是因为雷电是很难预测的，所以这样很容易就会烧毁无间隙氧化锌避雷器[4]。

图1：避雷器泄漏电流表工作原理图

对5KA 和10KA 等级的无间隙氧化锌避雷器的雷电冲击电流试验时，IEC60099-4 规定为65KA 和100KA，GB11032-2000 规定为40KA 和65KA。有研究认为，GB11032-2000 规定的冲击电流值比IEC60099-4 低[5]。但是，实际打雷时通过氧化锌避雷器的雷电流不可能很大。

2.3 氧化锌避雷器正常运行的监视

目前，避雷器泄露电流的大小是衡量避雷器正常运行的重要参数。因此，采用有效方法测量泄漏电流值对保障避雷器的安全运行有着非常重要的作用。图1为避雷器泄漏电流表工作原理图，主要由避雷器、泄漏电流表、屏蔽环、绝缘衬套等构成。避雷器中的大部分外部故障及内部故障均可以通过泄漏电流表来进行监测。

泄露电流主要分为外部漏电流和内部漏电流。其中因外部漏电流一般是通过瓷套外部、绝缘衬套、屏蔽环或底座引入地下。内部避雷器主要通过避雷器内部、底座或引线接入泄露电流表中[6]。当泄漏电流超过门限值时，则会启动报警。

此外，在日常巡视中，还应定期抄录泄露电流值进行研究，若读数有异常，则应对避雷器进行检查，确保避雷器的正常运行。在正常巡视中，要注意检查以下项目：

（1）避雷器与电流表有无积水，表盘读数是否有异常；

（2）检查避雷器表面的是否有破损、裂纹，是否存在放电现象；

（3）检查避雷器相接的导线及接地引线是否有表皮损坏、烧伤等；

（4）检查避雷器内部是否有异响；

（5）在雷雨天气进行严格检查。

在日常巡视的过程中，尤其要注重对对常年使用的避雷器进行检查，要保证接地引下线不得出现锈蚀或者断裂的状况。需要定期进行带电测量阻性电流，有效进行氧化锌避雷器带电测试是保证变电主要设备稳定安全运行的重要方式，在测试的过程中，会有各种干扰因素，要及时做好每一组数据的记录进行对比。同时还要做好在线监测装置的及时清理工作，以防出现监测误差。

2.4 外部过电压对避雷器的安全威胁

2.4.1 氧化锌避雷器泄漏电流表指示异常

导致泄露电流表读数发生异常的因素主要有：

（1）避雷器屏蔽环软线脱落。为了降低避雷器的外绝缘间距，屏蔽环一般加载在最后一级磁群下。在长期的运行中易出现因固定不牢二出现的屏蔽环软线脱落所导致电流表发生短路，导致电流表无读数。

（2）电流表指针发生卡阻或损坏。泄露电流表在长期工作中易发生机械故障，导致指针卡阻或损坏，使电流表的读数固定于某个数值处，对避雷器的正常运行产生严重影响。

（3）潮湿天气影响。正常天气下，泄露电流表的读数一般为0.5-1mA，在雷雨大风天气时，避雷器底座的阻值会有所降低，会因泄露电流分流而导致电流表读数变小[7]。如果避雷器无故障，这对避雷器的正常运行并无影响。但若避雷器内部老化或受潮，泄漏电流会逐渐增大，使表的读数增加而达到正常值或有所超出，这会导致技术员的误判，无法及时发现避雷器的潜在故障。

（4）引线接触不良。若引线与电流表接触的部分已经老化、生锈，会导致衔接处的过渡电阻变大，使得电流变小。

（5）避雷器内部受潮。受潮会使得避雷器的绝缘效果下降，绝缘能力下降会导致泄漏电流表的读数大大增加[8]。内部受潮一般是由避雷器封闭系统不佳所导致，受潮会导致沿面爬电，使得温度升高，情况严重时甚至会导致闪络击穿。若不及时进行处理，若再次遭受外部过电压，甚至会引起击穿爆炸。

2.4.2 氧化锌避雷器发生爆炸

导致氧化锌避雷器发生爆炸的因素主要有：

（1）单相接地。单相接地会导致无故障相的对地电压增大至线电压，处于过电压的工作状态下，若持续时间过长，易会发生爆炸。

（2）铁磁谐振过电压。当发生铁磁谐振过电压时，会使得避雷器发生放电现象，导致内部原件烧毁，进而引发爆炸。

（3）封闭不良。避雷器的密封垫圈因在长期运行下出现裂纹或发生松动，导致其封闭性下降，进而引发爆炸。

（4）强污秽影响。由于一些强污秽的影响，强雷电天气中往往会导致氧化锌电阻片电压分布不均匀，承受电压高的电阻片瞬间不能承受大的能量而急速劣化，从而导致贯穿性击穿放电，电弧从内部将绝缘筒冲开。

3 氧化锌避雷器的故障处理

氧化锌避雷器在运行时发生故障，应立即进行登记，启动处理程序。当出现以下几种问题时，应当做如下处理：

3.1 陶瓷出现裂纹

当陶瓷发生裂纹时，应根据现场情况进行处理。若在雷雨天气时发现，要尽量保证避雷器正常运行，等雷雨天气过后再进行现场处理。若瓷质裂纹导致了闪络且未接地，若是条件允许可暂停使用避雷器[9]。在常规天气下，避雷器瓷套若出现裂纹，首先需要向调度申请停电，进行避雷器的更换工作。

3.2 避雷器温度过高

当避雷器温度过高时，会引起一列问题，例如会引起总电流、阻性电流和功率损耗增大，避雷器电压升高、湿度增加或者避雷器表面积累的污垢严重也会导致这些问题[10]。因此要做好监控工作，可以依据红外检测管理标准针对避雷器进行红外热像仪温度检测工作。一旦出现异常需及时拍摄存在问题的避雷器的图片，并进行及时的分析上报。

3.3 避雷器电流表读数发生异常

当电流表读数超出正常值20%时，应加大巡视力度，若继续增加则应立即登记汇报，并进行停电检查，查找出故障原因并进行维修[11]。若读数减小甚至降低为0 时，一般与内部原件损坏、表头故障或绝缘底座性能下降导致，应有针对性的进行处理。

4 小结

外部雷击是自然界的正常现象，氧化锌避雷器是保障电力系统安全稳定运行的有效手段，将氧化锌避雷器并联在线路绝缘子的两端，用于限制雷电过电压，能有效提高线路耐雷水平，尤其是用于雷电活动频繁、巡线较为困难的山区。在长期的运行中，尤其是在外部过电压的影响下，氧化锌避雷器易发生各类故障，技术人员应积极加强技术研究，加强巡逻，及时发现氧化锌避雷器的各种异常，并做好及时的数据记录和分析，为电力系统的安全稳定运行提供坚实的基础。千里之堤，以蝼蚁之穴溃；百尺之室，以突隙之烟焚。大的事故往往是小问题不断积累所至，电力传输已经是人们生产生活所必备的基础，因此我们要认真对待线路巡逻工作，及时发现问题并解决问题，避免重大事故的发生。