10kV線路避雷器故障研究及處理辦法

鐘建業(yè)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)清新供電局，廣東清遠(yuǎn)，511500）

1 10kV配電網(wǎng)避雷器故障原因分析

1.1 主要原因

避雷器發(fā)生故障的主要原因在于其固有的原理及結(jié)構(gòu)，氧化鋅由ZnO晶粒、晶界構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在電極增加電壓時，額定電壓下呈低阻態(tài)，確保線路至大地的漏流不至于影響線路的正常運行，那么整個氧化鋅結(jié)構(gòu)的截面積是有限的，在該有限的截面積下，通過允許的最大電流時的電壓稱為殘壓，殘壓也具有一定的上限，那么，在不可控的雷電作用下，超越避雷器本體耐受能力的電流、電壓值均有可能發(fā)生，因此，在大多數(shù)低電壓、短時間的雷電下，避雷器具備自恢復(fù)能力，可以重復(fù)使用。但是當(dāng)雷電壓足夠大，雷云電荷量超越避雷器的耐受能力時，避雷器的ZnO晶粒必然會引過載而發(fā)生膨脹、爆裂等故障。

圖1

綜上，避雷器因為其漏流的限制，從而限制其耐受的殘壓，因此其功能具有一定的局限性。

1.2 次要原因

除了避雷器的原理及結(jié)構(gòu)會引起必然的避雷器故障外，還有諸多次要原因，其中包含：

（1）ZnO晶粒在燒制過程中無法完全均勻布置，造成晶粒分布不均勻，從而出現(xiàn)局部耐受能力的差異，根據(jù)木桶效應(yīng)，其耐受能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計值，如果暫態(tài)過電壓進(jìn)入避雷器保護(hù)動作區(qū)，勢必使避雷器長時間反復(fù)動作直至崩潰，最終結(jié)果就是避雷器損壞爆炸，因此暫態(tài)過電壓是無間隙氧化鋅避雷器的致命危害；

（2）氧化鋅避雷器的檢測方法為功能性試驗，且行業(yè)生產(chǎn)規(guī)范為1%抽樣沖擊試驗，因此難免有部分避雷器因原料雜質(zhì)、加工工藝等原因其性能各異；

（3）運行環(huán)境高溫、潮濕等因素也是避雷器故障的次要因素；如氧化鋅的密封老化、粉塵污染不能及時清掃導(dǎo)致污閃等現(xiàn)象，造成的原因為密封技術(shù)不完善和抗老化性能不穩(wěn)定、外部環(huán)境污染導(dǎo)致表面電流不均勻，加速了電阻片的劣化和絕緣損壞，從而引起爆炸；

（4）當(dāng)?shù)乩自茢y帶的電荷量大，給避雷器施加了大大超過殘壓的電壓值，造成避雷器過熱而發(fā)生膨脹或爆裂。

2 10kV配電網(wǎng)避雷器故障處理措施

2.1 傳統(tǒng)處理措施

避雷器一旦發(fā)生故障，其表象為避雷器的本體膨脹、爆裂，實質(zhì)是內(nèi)部晶體發(fā)生不可逆變化，被雷電擊穿后完全導(dǎo)通，如不能有效脫落隔離，會導(dǎo)致線路直接接地，造成配電線路的前端保護(hù)動作，無法正常供電。

為了保障避雷器在擊穿后順利脫離配電母線，含防爆盒的避雷器誕生了，含防爆盒避雷器的實質(zhì)是在氧化鋅與大地之間串聯(lián)一個熱熔元器件，當(dāng)通過避雷器的雷電流超過殘壓值時，該熱熔元器件保護(hù)動作，發(fā)生爆裂，將避雷器與線路通過物理方式強(qiáng)制脫離，確保避雷器在擊穿后不會造成線路接地。

該辦法在避免避雷器接地的情況下起到了保護(hù)作用，但是由于防爆盒內(nèi)的熱熔元器件與ZnO避雷器主體是串聯(lián)關(guān)系，其爆裂發(fā)生是防爆盒而并非ZnO避雷器主體，因此該判定依據(jù)是間接而并非直接，加上熱熔元器件動作曲線具有較大的模糊區(qū)，因此判定標(biāo)準(zhǔn)精確度很低，常有可能發(fā)生誤動或不動的情況。

為此，避雷器故障后可靠脫離運行設(shè)備的創(chuàng)新性研究，成為避雷器功能不斷完善的研究內(nèi)容之一，本方案將提出一種新的解決辦法。

2.2 創(chuàng)新型處理措施

如圖2所示，將含防爆盒式的避雷器判定依據(jù)改為由避雷器本體的ZnO避雷器電阻片是否發(fā)生膨脹爆裂，將跌落式熔斷器的脫離原理進(jìn)行改進(jìn)后融入其中。

圖2

其動作原理如圖3所示，當(dāng)氧化鋅避雷器過熱發(fā)生爆裂或即將爆裂時，會迅速膨脹，此時頂桿將克服壓簧的力向下運動，而此時與頂桿下端嚙合的傳動銷釘也會隨著向下移動，當(dāng)接近避雷器底部的臨界位置時，由于傳動銷釘所受的側(cè)向壓力瞬間消失，此時連桿將不再限制下底座的位置，而下底座將在扭簧的作用下迅速彈起，從而大大減小了與上觸頭的垂直距離，由于上觸頭是依靠下底座與避雷器固定座相連的，那么位移的改變將使得上觸頭從避雷器固定座上松動，從而脫離系統(tǒng)，如圖4。

圖3

圖4

此改進(jìn)型號的避雷器底座，有效的解決了避雷器故障不能可靠脫離運行中的設(shè)備的問題，完善了避雷器故障后脫離運行設(shè)備的功能，具有一定的可行性，同時也為后續(xù)避雷器的其他功能的研究提供參考依據(jù)。

3 結(jié)語

氧化鋅自1968年日本松下公司發(fā)明以來，已50余年，除了工藝及化學(xué)成分在不斷改進(jìn)以外，其核心的原理及工作模式始終未變，本文介紹的處理辦法也是在不改變現(xiàn)有原理及工作模式的前提下，對于避雷器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，可以有效直接根據(jù)避雷器的狀態(tài)來進(jìn)行線路保護(hù)，確保避雷器故障后脫離系統(tǒng)發(fā)生后續(xù)的接地故障。

但是避雷器殘壓的限制避雷器的過載能力，以及避雷器漏流的控制，還是需要不斷的技術(shù)革新，使線路上的設(shè)備更好的得到雷電沖擊保護(hù)。