外部過電壓情況下氧化鋅避雷器的安全狀況

謝灣灣

（晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 山西省晉城市 048000）

1 引言

避雷器又叫過電壓保護(hù)器，是保護(hù)電力系統(tǒng)安全的重要電力設(shè)備，能避免瞬間過電壓對(duì)電氣設(shè)備的損傷，一般安裝在電網(wǎng)導(dǎo)線和地線間。過電壓是指電力系統(tǒng)在某些因素影響下工作電壓發(fā)生異常升高并超過額定電壓10%并持續(xù)時(shí)間1 分鐘的異?，F(xiàn)象[1]。過電壓對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著較為嚴(yán)重的危害。過電壓可以分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓，內(nèi)部過電壓是指系統(tǒng)中磁能和電能之間的轉(zhuǎn)化以及能量通過電容的傳遞、操作不當(dāng)、電源設(shè)備運(yùn)行情況變化、線路參數(shù)選擇不當(dāng)從而使得工頻電壓或高次諧波電壓下發(fā)生的諧振等產(chǎn)生的過電壓；外部過電壓主要是指因雷電等自然因素導(dǎo)致的過電壓現(xiàn)象。當(dāng)電力系統(tǒng)遭遇外部過電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電流和電壓迅速增大，易導(dǎo)致電力設(shè)備的燒毀、損壞，對(duì)避雷器的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的影響[2]。避雷器是保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，氧化鋅避雷器是一種獲得廣泛應(yīng)用的避雷器。氧化鋅避雷器的非線性伏安特性非常的好，不存在滅弧問題以及間隙擊穿特性。本文以氧化鋅避雷器為例，分析外部過電壓對(duì)避雷器的威脅，并研究避雷器的常見故障處理，為避雷器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的保障。

2 外部過電壓對(duì)避雷器的安全威脅

2.1 外部過電壓概述

雷擊是一種常見以閃電為表現(xiàn)形式的自然放電現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球平均每天大約發(fā)生800 萬次的雷擊。外部過電壓以雷擊為主，是指雷云對(duì)地面的瞬時(shí)放電現(xiàn)象，可以劃分為直擊雷過電壓、感應(yīng)雷過電壓兩種[3]。雷擊對(duì)建筑物、人畜、樹木有著嚴(yán)重的安全威脅，易引起火災(zāi)、人員傷亡。若雷電擊中電氣設(shè)備，如架空輸電線路、輸電線路鐵塔，瞬時(shí)的強(qiáng)大雷擊電壓會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生過電壓，會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，若導(dǎo)致大面積的停電，也會(huì)影響社會(huì)生產(chǎn)和人們的日常生活，并造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，尤其在交通不便的地區(qū)、山嶺地區(qū)，高海拔地區(qū)等特殊地理位置地區(qū)，遇到雷電并伴有瞬間大風(fēng)急雨等極端天氣，往往會(huì)導(dǎo)致樹木倒在導(dǎo)線上、倒桿斷線等情況發(fā)生，在這些地區(qū)，巡視查找故障的難度也大大增加，若處理不及時(shí)，可能造成嚴(yán)重的電力事故。

2.2 氧化鋅避雷器在外部過電壓下的安全分析

在外部過電壓的情況下，避雷器所承受的過電壓大小和次數(shù)都是無法預(yù)知的，當(dāng)雷電電壓很高的情況下，假如直接擊中輸電線路，線路中的電壓是瞬時(shí)升高，避雷器直接動(dòng)作，氧化鋅避雷器就相當(dāng)于導(dǎo)體，電阻就會(huì)非常的小，通過歐姆定律就可以知道此時(shí)流過氧化鋅避雷器的電流是非常大的，雖然氧化鋅的通流容量是很大的，但是因?yàn)槔纂娛呛茈y預(yù)測(cè)的，所以這樣很容易就會(huì)燒毀無間隙氧化鋅避雷器[4]。

圖1：避雷器泄漏電流表工作原理圖

對(duì)5KA 和10KA 等級(jí)的無間隙氧化鋅避雷器的雷電沖擊電流試驗(yàn)時(shí)，IEC60099-4 規(guī)定為65KA 和100KA，GB11032-2000 規(guī)定為40KA 和65KA。有研究認(rèn)為，GB11032-2000 規(guī)定的沖擊電流值比IEC60099-4 低[5]。但是，實(shí)際打雷時(shí)通過氧化鋅避雷器的雷電流不可能很大。

2.3 氧化鋅避雷器正常運(yùn)行的監(jiān)視

目前，避雷器泄露電流的大小是衡量避雷器正常運(yùn)行的重要參數(shù)。因此，采用有效方法測(cè)量泄漏電流值對(duì)保障避雷器的安全運(yùn)行有著非常重要的作用。圖1為避雷器泄漏電流表工作原理圖，主要由避雷器、泄漏電流表、屏蔽環(huán)、絕緣襯套等構(gòu)成。避雷器中的大部分外部故障及內(nèi)部故障均可以通過泄漏電流表來進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

泄露電流主要分為外部漏電流和內(nèi)部漏電流。其中因外部漏電流一般是通過瓷套外部、絕緣襯套、屏蔽環(huán)或底座引入地下。內(nèi)部避雷器主要通過避雷器內(nèi)部、底座或引線接入泄露電流表中[6]。當(dāng)泄漏電流超過門限值時(shí)，則會(huì)啟動(dòng)報(bào)警。

此外，在日常巡視中，還應(yīng)定期抄錄泄露電流值進(jìn)行研究，若讀數(shù)有異常，則應(yīng)對(duì)避雷器進(jìn)行檢查，確保避雷器的正常運(yùn)行。在正常巡視中，要注意檢查以下項(xiàng)目：

（1）避雷器與電流表有無積水，表盤讀數(shù)是否有異常；

（2）檢查避雷器表面的是否有破損、裂紋，是否存在放電現(xiàn)象；

（3）檢查避雷器相接的導(dǎo)線及接地引線是否有表皮損壞、燒傷等；

（4）檢查避雷器內(nèi)部是否有異響；

（5）在雷雨天氣進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

在日常巡視的過程中，尤其要注重對(duì)對(duì)常年使用的避雷器進(jìn)行檢查，要保證接地引下線不得出現(xiàn)銹蝕或者斷裂的狀況。需要定期進(jìn)行帶電測(cè)量阻性電流，有效進(jìn)行氧化鋅避雷器帶電測(cè)試是保證變電主要設(shè)備穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要方式，在測(cè)試的過程中，會(huì)有各種干擾因素，要及時(shí)做好每一組數(shù)據(jù)的記錄進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)還要做好在線監(jiān)測(cè)裝置的及時(shí)清理工作，以防出現(xiàn)監(jiān)測(cè)誤差。

2.4 外部過電壓對(duì)避雷器的安全威脅

2.4.1 氧化鋅避雷器泄漏電流表指示異常

導(dǎo)致泄露電流表讀數(shù)發(fā)生異常的因素主要有：

（1）避雷器屏蔽環(huán)軟線脫落。為了降低避雷器的外絕緣間距，屏蔽環(huán)一般加載在最后一級(jí)磁群下。在長(zhǎng)期的運(yùn)行中易出現(xiàn)因固定不牢二出現(xiàn)的屏蔽環(huán)軟線脫落所導(dǎo)致電流表發(fā)生短路，導(dǎo)致電流表無讀數(shù)。

（2）電流表指針發(fā)生卡阻或損壞。泄露電流表在長(zhǎng)期工作中易發(fā)生機(jī)械故障，導(dǎo)致指針卡阻或損壞，使電流表的讀數(shù)固定于某個(gè)數(shù)值處，對(duì)避雷器的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

（3）潮濕天氣影響。正常天氣下，泄露電流表的讀數(shù)一般為0.5-1mA，在雷雨大風(fēng)天氣時(shí)，避雷器底座的阻值會(huì)有所降低，會(huì)因泄露電流分流而導(dǎo)致電流表讀數(shù)變小[7]。如果避雷器無故障，這對(duì)避雷器的正常運(yùn)行并無影響。但若避雷器內(nèi)部老化或受潮，泄漏電流會(huì)逐漸增大，使表的讀數(shù)增加而達(dá)到正常值或有所超出，這會(huì)導(dǎo)致技術(shù)員的誤判，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器的潛在故障。

（4）引線接觸不良。若引線與電流表接觸的部分已經(jīng)老化、生銹，會(huì)導(dǎo)致銜接處的過渡電阻變大，使得電流變小。

（5）避雷器內(nèi)部受潮。受潮會(huì)使得避雷器的絕緣效果下降，絕緣能力下降會(huì)導(dǎo)致泄漏電流表的讀數(shù)大大增加[8]。內(nèi)部受潮一般是由避雷器封閉系統(tǒng)不佳所導(dǎo)致，受潮會(huì)導(dǎo)致沿面爬電，使得溫度升高，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致閃絡(luò)擊穿。若不及時(shí)進(jìn)行處理，若再次遭受外部過電壓，甚至?xí)饟舸┍ā?/p>

2.4.2 氧化鋅避雷器發(fā)生爆炸

導(dǎo)致氧化鋅避雷器發(fā)生爆炸的因素主要有：

（1）單相接地。單相接地會(huì)導(dǎo)致無故障相的對(duì)地電壓增大至線電壓，處于過電壓的工作狀態(tài)下，若持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，易會(huì)發(fā)生爆炸。

（2）鐵磁諧振過電壓。當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振過電壓時(shí)，會(huì)使得避雷器發(fā)生放電現(xiàn)象，導(dǎo)致內(nèi)部原件燒毀，進(jìn)而引發(fā)爆炸。

（3）封閉不良。避雷器的密封墊圈因在長(zhǎng)期運(yùn)行下出現(xiàn)裂紋或發(fā)生松動(dòng)，導(dǎo)致其封閉性下降，進(jìn)而引發(fā)爆炸。

（4）強(qiáng)污穢影響。由于一些強(qiáng)污穢的影響，強(qiáng)雷電天氣中往往會(huì)導(dǎo)致氧化鋅電阻片電壓分布不均勻，承受電壓高的電阻片瞬間不能承受大的能量而急速劣化，從而導(dǎo)致貫穿性擊穿放電，電弧從內(nèi)部將絕緣筒沖開。

3 氧化鋅避雷器的故障處理

氧化鋅避雷器在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障，應(yīng)立即進(jìn)行登記，啟動(dòng)處理程序。當(dāng)出現(xiàn)以下幾種問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)做如下處理：

3.1 陶瓷出現(xiàn)裂紋

當(dāng)陶瓷發(fā)生裂紋時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行處理。若在雷雨天氣時(shí)發(fā)現(xiàn)，要盡量保證避雷器正常運(yùn)行，等雷雨天氣過后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。若瓷質(zhì)裂紋導(dǎo)致了閃絡(luò)且未接地，若是條件允許可暫停使用避雷器[9]。在常規(guī)天氣下，避雷器瓷套若出現(xiàn)裂紋，首先需要向調(diào)度申請(qǐng)停電，進(jìn)行避雷器的更換工作。

3.2 避雷器溫度過高

當(dāng)避雷器溫度過高時(shí)，會(huì)引起一列問題，例如會(huì)引起總電流、阻性電流和功率損耗增大，避雷器電壓升高、濕度增加或者避雷器表面積累的污垢嚴(yán)重也會(huì)導(dǎo)致這些問題[10]。因此要做好監(jiān)控工作，可以依據(jù)紅外檢測(cè)管理標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)避雷器進(jìn)行紅外熱像儀溫度檢測(cè)工作。一旦出現(xiàn)異常需及時(shí)拍攝存在問題的避雷器的圖片，并進(jìn)行及時(shí)的分析上報(bào)。

3.3 避雷器電流表讀數(shù)發(fā)生異常

當(dāng)電流表讀數(shù)超出正常值20%時(shí)，應(yīng)加大巡視力度，若繼續(xù)增加則應(yīng)立即登記匯報(bào)，并進(jìn)行停電檢查，查找出故障原因并進(jìn)行維修[11]。若讀數(shù)減小甚至降低為0 時(shí)，一般與內(nèi)部原件損壞、表頭故障或絕緣底座性能下降導(dǎo)致，應(yīng)有針對(duì)性的進(jìn)行處理。

4 小結(jié)

外部雷擊是自然界的正常現(xiàn)象，氧化鋅避雷器是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段，將氧化鋅避雷器并聯(lián)在線路絕緣子的兩端，用于限制雷電過電壓，能有效提高線路耐雷水平，尤其是用于雷電活動(dòng)頻繁、巡線較為困難的山區(qū)。在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，尤其是在外部過電壓的影響下，氧化鋅避雷器易發(fā)生各類故障，技術(shù)人員應(yīng)積極加強(qiáng)技術(shù)研究，加強(qiáng)巡邏，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化鋅避雷器的各種異常，并做好及時(shí)的數(shù)據(jù)記錄和分析，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。千里之堤，以螻蟻之穴潰；百尺之室，以突隙之煙焚。大的事故往往是小問題不斷積累所至，電力傳輸已經(jīng)是人們生產(chǎn)生活所必備的基礎(chǔ)，因此我們要認(rèn)真對(duì)待線路巡邏工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，避免重大事故的發(fā)生。