一．關于氧化鋅避雷器的國內(nèi)外研討發(fā)展

1.1概述

自從1967年日本發(fā)現(xiàn)氧化鋅壓敏特性以來，具有優(yōu)異非線性伏安特性的金屬氧化物電阻片及金屬氧化物避雷器迅速發(fā)展，在全球低壓、高壓及超高壓范疇的應用日益廣泛。近年來又不斷呈現(xiàn)新的特色。

1.2氧化鋅避雷器在國外發(fā)展

1.2.1日本:最早研討與開發(fā)，發(fā)展較快又具特色。日本在避雷器開發(fā)方面具有以下幾點:

1)高梯度電阻片的開發(fā)

首先研討開宣布高梯度電阻片為上世紀九十年代中期。其梯度為400V/mm約是一般電阻片的兩倍，近年來研討已達600V/mm。這種高梯度電阻片，開端首要用于金屬封閉避雷器和油浸避雷器中，隨后用于所有的避雷器產(chǎn)品。第一臺運用高梯度電阻片的154kV金屬關閉避雷器運轉已超越六年，到目前采用高梯度電阻片的避雷器業(yè)已超越5000相，運轉狀況正常。

2)線路避雷器的開發(fā)

據(jù)了解，在日本輸電線路中發(fā)生的故障超過半數(shù)是因為雷擊造成的。為了降低雷電災害，采取了多種對策，如降低接地電阻、架設維護線、維護角減小等等。利用金屬氧化物避雷器維護線路。于1980年開端，用在66kV和77kV系統(tǒng)目前已展開至500kV線路。線路避雷器絕大部分有空隙，電壓等級集中在66kV和77kV體系。

近幾年的發(fā)展中看出，66-154kV線路安裝依然較多，產(chǎn)品是小型化后的輕便型，便于安裝，也減低了成本。鐵塔單方向全裝的狀況為多，這種緊湊結構的輕便線路避雷器值得咱們研討、借鑒。經(jīng)過計數(shù)器來計算產(chǎn)生故障的狀況調(diào)查了1903處桿塔、裝置線路避雷器后，證明有97%的維護效果;另外調(diào)查到53起裝置了線路避雷器依然產(chǎn)生閃絡的狀況，標明是避雷器的串聯(lián)空隙與絕緣子裝置的維護空隙絕緣協(xié)作不穩(wěn)定。其間，還有一起避雷器損壞事故。經(jīng)過13處桿塔20相避雷器的調(diào)查66kV線路1999年到2001年3年的比照，未裝置避雷器兩條線路產(chǎn)生閃絡12起，而裝置避雷器兩條線路只產(chǎn)生閃絡5起，其間一條線路未產(chǎn)生閃絡。

1.2.2俄羅斯:世界上具有最高電壓等級的國家，1150kV線路于I977年初試運轉。俄羅斯一方面是利用復合金屬氧化鋅避雷器及復合絕緣子的特色，展開了緊湊型線路方面的研討。再者其電阻片制造技能較一般，氧化鋅避雷器均采用電阻片并聯(lián)，其對電阻片并聯(lián)、避雷器電位散布及污穢功能等都很有研討。也正是因為后者，為我國制造商供給了不少商機。

1.2.3英國:由Tyco公司開發(fā)了系列多柱(四柱)并聯(lián)的避雷器。

英國這種并聯(lián)氧化鋅避雷器具有一系列一般單柱或多柱所不具有的電氣和機械功能，其共同的幾許一體化結構帶來得均壓作用，不需要象往常的避雷器那樣專門考慮用均壓環(huán)來調(diào)整電位散布。

超越10年在高壓/超高壓系統(tǒng)穩(wěn)定的運轉資歷，證明了該系列并聯(lián)避雷器的規(guī)劃思路是可行的。雖然，其與常規(guī)的，包含IEC所推薦的思路有顯著的不同。該產(chǎn)品與瓷套型以及非一體化的復合外套氧化鋅避雷器之間。以兩種不同的方法或角度，電場散布十分挨近。熱等效模型實驗證明其內(nèi)部的容性和阻性電流也有顯著的優(yōu)勢。經(jīng)長時間運轉實踐的檢測，成果顯示電阻片也沒有老化的狀況。從英國所作的工作來看，對于我國將來發(fā)展開發(fā)特高壓避雷器仍是具有參考含義的。

1.2.4其他國家和地區(qū)概況

德國(siemens)、瑞士(ABB)、芬蘭等國家及公司進行了復合外套避雷器長時間功能研討和探討:包含避雷器的污穢功能、外絕緣的長時間功能、密封功能等，也包含5000h的循環(huán)實驗。

瑞典(ABB)與荷蘭.(KEMA)對復合外套避雷器的短路實驗進行了研討，分析了短路電流預期故障形式。實驗中試品的預處理，實驗條件及實驗方法等，對IEC標準主張的短路實驗也進行了分析，并提出了相應的主張。

1.3國內(nèi)展開動態(tài)

國內(nèi)專注氧化鋅壓敏特性開發(fā)研究也是在上世紀六十年代晚期，七十年代進行了大量的科研基礎作業(yè)，至八十年代晚期前后兩次“兩部”避雷器運轉調(diào)查，金屬氧化物避雷器全面取代碳化硅避雷器已成定局。金屬氧化物避雷器經(jīng)兩部鑒定為八十年代中期世界先進水平。之后，國內(nèi)氧化鋅避雷器制造業(yè)迅猛發(fā)展，可以用漫山遍野來描述。國內(nèi)產(chǎn)品徹底占領了國內(nèi)市場，一部分優(yōu)秀企業(yè)甚至走向了世界。九十年代中后期，線路避雷器快速展開。1997年第一臺500kV線路氧化鋅避雷器掛網(wǎng)運轉(國內(nèi)第一臺220kV線路避雷器于1986年用于鎮(zhèn)江大跨距過江鐵塔瓷套型始裝于鐵塔的一個平臺上)。現(xiàn)在，750kV氧化鋅避雷器投入運轉。

當然，我們還有一些不成熟的地方:

1)在電阻片研討方面盡管作了多年的作業(yè)，目前來看效果不太顯著特別是在高梯度研討方面。雖然前途光明但有發(fā)展緩慢無顯著突破;

2)國內(nèi)的無序競爭，職業(yè)監(jiān)管束手無策，加之外資的涌入，僅有的出路只有靠與國際接軌，積極迎戰(zhàn)國際競爭;

3)在線路避雷器開發(fā)方面，對線路的雷電過電壓研討方面不行深化，對線路避雷器的額定值的選取、避雷器能量吸收等的確認有待研討，對一些參數(shù)的不適當可能會使避雷器太粗笨，不利于實際安裝運用、影響推廣。這方面可多參閱日本和俄羅斯的研討作業(yè)，進一步再發(fā)展一些基礎研討，增強線路避雷器開發(fā)、運轉的效果。

4)關于復合外套氧化鋅避雷器，其長時間功能應是我們比較關注的問題。例如我國自然條件雜亂:南方有臺風，北方有沙塵暴。因而，國內(nèi)涵完善實驗研討條件，參閱IEC標準展開一些研討作業(yè)(如5000h)的同時，主張積累職業(yè)的力量。在國內(nèi)典型的地域比方高原、東南濱海，西北、東北、電氣化鐵道隧道等情況，樹立長時間的自然老化、污穢站、對典型的復合外套避雷器絕緣子等展開研討，這樣就可以提高職業(yè)在國際上的威望。使國內(nèi)的企業(yè)在國際上具有較強的競爭力。

 

基本原理和結構

1氧化鋅避雷器作業(yè)原理

1.1避雷器的效果

避雷器的效果是限制過電壓以保護電氣設備。避雷器就是在線路或設備上人為地制造絕緣薄弱點即空隙設備，空隙的擊穿電壓比線路或設備的雷電沖擊絕緣水平低，在正常運轉電壓下空隙處于隔離絕緣狀況，在過電壓下空隙被擊穿接地，放電降壓起到保護線路或設備絕緣的效果。

1.2氧化鋅避雷器作業(yè)原理

 

氧化鋅避雷器是世界公認的當代最先進防雷電器。其結構為將若干片ZnO閥片壓緊密封在避雷器瓷套內(nèi)。ZnO閥片具有非常優(yōu)異的非線性特性，在較高電壓下電阻非常小，能夠泄放大量雷電流，殘壓很低，在電網(wǎng)運轉電壓下電阻很大，泄漏電流只要50—150uA，電流很小，可視為無工頻續(xù)流，這就是能夠做成無空隙氧化鋅避雷器的原因。它對陡坡和雷電幅值同樣有限壓效果，防雷保護功能完全是其杰出長處。在我國先生產(chǎn)運用的正是無空隙氧化鋅避雷器，運轉實踐標明，它有損壞爆炸率高，運用壽命短等缺陷。究其原因，暫態(tài)過電壓承受能力差是其喪命弱點。而串聯(lián)空隙氧化鋅避雷器仍有無空隙氧化鋅避雷器的保護功能長處，同時有暫態(tài)過電壓承受能力強的特色，是一種抱負的揚長避短的產(chǎn)品，結合我國國情可在3—35kV系統(tǒng)串聯(lián)空隙氧化鋅避雷器。

1.3線路氧化鋅避雷器防雷的基本原理

雷擊桿塔時，一部分雷電流經(jīng)過避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流經(jīng)桿塔流人大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。雷擊桿塔時塔頂電位迅速進步，其電位值為Ut=iRd+Ldi/dt式中i—雷電流;Rd—沖擊接地電阻;Ldi/dt—暫態(tài)重量。

當塔頂電位ut與導線上的感應電位U1的差值超越絕緣子串50%的放電電壓(uso)時，將發(fā)生由塔頂至導線的閃絡。即Ut—U1>U50，如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響，則為Ut—U1+Urn>U50。因而．線路的耐雷水平與3個重要因素有關，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強度和塔體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50%放電電壓是必定的，雷電流強度與地理位置和大氣條件相關，不加裝避雷器時。進步輸電線路耐雷水平往往是選用降低塔體的接地電阻。在山區(qū)，降低接地電阻是非常困難的，這也是為什么輸電線路屢遭雷擊的原因。

加裝氧化鋅避雷器今后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳人相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當雷電流超越必定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應效果，將分別在導線和避雷線上發(fā)生耦合重量。

因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合效果將使導線電位進步，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡。因而，線路避雷器具有很好的鉗電位效果，這也是線路避雷器進行防雷的顯著特色。以往輸電線路防雷主要選用降低塔體接地電阻的方法，在平原地帶相對較簡單，對于山區(qū)桿塔，則往往在4個塔腳部位選用較長的輻射地線或打深并加降阻劑。以添加地線與土壤的接觸面積降低電阻率，在工頻狀態(tài)下接地電阻會有所下降。但遭受雷擊時，因接地線過長會有較大的附加電感值，雷電過電壓的暫態(tài)重量Ldi/dt會加在塔體電位上，使塔頂電位大大進步，更簡單造成塔體與絕緣子串的閃絡，反而使線路的耐雷水平下降，因為線路避雷器具有鉗電位效果。對接地電阻要求不太嚴格，對山區(qū)線路防雷比較簡單完成，實踐證明加裝線路避雷器對防雷效果是非常顯著的。

2線路氧化鋅避雷器的結構

現(xiàn)在的線路氧化鋅避雷器分為無空隙帶脫離器結構及帶串聯(lián)空隙結構兩種。2.2.1無空隙帶脫離器結構氧化鋅避雷器

 

圖2為無空隙帶脫離器的結構。避雷器通過高壓接線夾接在高壓線上，下接脫離器，脫離器與地之間用軟電纜銜接，避免脫離器受力，中間用接地絕緣子過渡固定，并接監(jiān)測器。當避雷器產(chǎn)生毛病時，脫離器用來將避雷器與體系脫離，以防體系產(chǎn)生永久性毛病，并給出毛病避雷器的顯著指示。正常運轉狀態(tài)下和電站型沒有太大差別，受污穢影響較小，在正常運轉中長期荷電，修理和監(jiān)測工作量較大。

2.2帶串聯(lián)空隙結構氧化鋅避雷器

 

分為純空間空隙和復合絕緣子固定空隙兩種，其結構如圖3。復合絕緣子固定空隙結構即是把兩個環(huán)狀空隙用一段復合絕緣子固定，并與避雷器本體串聯(lián)。長處是空隙與避雷器本體構成一個整體，可便利地以任何角度裝置在不同桿塔上，維護和替換較為便利。避雷器本體與高壓導線用空隙阻隔，正常運轉中基本不荷電，阻性電流和功率損耗極小，避雷器電阻片不存在老化問題，有利于延長避雷器的壽數(shù)，裝置、維護便利。純空間空隙結構則補償了無空隙避雷器正常運轉中長時間荷電和復合絕緣子固定空隙結構受污穢影響較大的缺點，裝置難度較大。

主要性能與特色

1氧化鋅避雷器的主要性能

1.1氧化鋅避雷器運轉中出現(xiàn)的問題

據(jù)資料從氧化鋅避雷器運轉在110KV母線上發(fā)生的事故來看，均為氧化鋅避雷器本體爆炸，其運轉壽數(shù)最長達110個月。最短的僅有11個月，從運轉時刻上、裝置的環(huán)境、氣候、及出產(chǎn)廠，對損壞的氧化鋅避雷器進行技能剖析。形成氧化鋅避雷器運轉中爆炸的原因可歸納如下幾項:

(1）氧化鋅避雷器的密封問題:氧化鋅避雷器密封老化問題，主要是出產(chǎn)廠采用的密封技能不完善，或選用的密封材料抗老化功能不安穩(wěn)。在溫差變化較大時或運轉時刻接近產(chǎn)品壽數(shù)后期，形成其密封不良然后使潮氣浸入，形成內(nèi)部絕緣損壞，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。

(2）電阻片抗老化性能差:在氧化鋅避雷器運轉在其產(chǎn)品壽數(shù)的后期，電阻片劣化形成走漏電流上升，甚至形成與瓷套內(nèi)部放電，放電嚴峻時避雷器內(nèi)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(nèi)部放電不太嚴峻時可引起體系單相接地。

1.2處理氧化鋅避雷器運轉問題的關鍵技能辦法

針對氧化鋅避雷器幾次事故剖析的結論，要確保氧化鋅避雷器在電網(wǎng)上安全牢靠運轉，應采納以下辦法:

(1）規(guī)劃選型

在規(guī)劃選型上，應首選有多年安穩(wěn)運轉實踐的產(chǎn)品，在挑選出產(chǎn)廠時，應挑選有先進的工藝設備和完善的檢測手法的出產(chǎn)廠，才干確保所選用的氧化鋅避雷器具有高的抗老化、耐沖擊功能，以使在產(chǎn)品的壽數(shù)周期內(nèi)安穩(wěn)運轉。

(2）防污方案

選用必要的避雷器瓷套的防污辦法，如定時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。

(3）技術管理

加強對氧化鋅避雷器的技能管理作業(yè)，即對運轉在電網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技能檔案，對出廠陳述、定時測試陳述及在線監(jiān)測儀的運轉記錄均要存人技能檔案，直至該避雷器退出運轉。據(jù)國外有關技能資料統(tǒng)計，氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電和操作過電壓，受潮、污閃、系統(tǒng)條件、本身故障等，但仍有一定比例損壞的原因不詳，故仍有其在運轉中對事故原因不明確的問題。又因氧化鋅避雷器的劣化速度的離散性，及雷電、操作過電壓、諧波、運轉環(huán)境等的隨機性，都決定著氧化鋅避雷器的安全運轉的牢靠性，故需在今后的作業(yè)實踐中去研究、實驗、探索和總結，以使得其在運轉中的不安全要素可得以預防和完善。

 

2氧化鋅避雷器的特色

2.1氧化鋅避雷器的優(yōu)勢

(1)具有徹底的防雷功能，即對雷電陡波和雷電幅值同樣有限壓防護效果。

(2)防雷保護效果不會形成電力網(wǎng)接地毛病或相間短路毛病。

(3)防雷維護效果不應有短路電流或工頻續(xù)流等工頻動力影響。

(4)動作特性應具有長時間運轉安穩(wěn)性，免受暫態(tài)過電壓損害。

(5)具有接連雷電沖擊維護能力。

(6)有較小的外形尺寸，小型化輕量化更便于室內(nèi)手車柜使用。

(7)具有20年以上運行壽數(shù)。

(8)能順便脫離器監(jiān)察運轉工況，當其失效時自動退出運轉。

 

3.2.2

氧化鋅避雷器缺點

氧化鋅避雷器的損壞主要是會發(fā)生爆炸和容易老化。老化引起的損壞很少，而爆炸事故則時有發(fā)生，且發(fā)生率較高，嚴重的影響到了電網(wǎng)系統(tǒng)的供電。僅以1996年統(tǒng)計，運轉35kv及以上的避雷器共1910相，預試中發(fā)現(xiàn)損壞的48相，運轉中發(fā)生損壞的有15相，共發(fā)現(xiàn)損壞的避雷器63相(其中國產(chǎn)55相，進口8相)，損壞率為3.3%。發(fā)生爆炸事故的設備特色有:①既有大型主干廠出產(chǎn)的也有小廠出產(chǎn)的:②既有國產(chǎn)的也有進口;③既有發(fā)生在雷雨天，也有發(fā)生在晴天的;④既有發(fā)生在操作時，也有發(fā)生在無操作時的;⑤既有發(fā)生在中性點非直接接地體系的，也有發(fā)生在中性點直接接地體系的。

從各方面查詢的剖析標明，氧化鋅避雷器爆炸事故原因69%為制造質(zhì)量問題。25%為運轉不妥，6%為選型不妥而形成的。而保存不好導致內(nèi)部受潮直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，是引起氧化鋅避雷器爆炸事故的主要原因。

 

4展望

未來20年，國際范圍內(nèi)化石類礦物燃料仍為國際主要動力(約占80%)。圍繞著以高效、節(jié)能、壞保為主題，進步動力利用功率，維護生態(tài)環(huán)境和開展適應各類現(xiàn)代技能市場需求的新式輸變(配)電配備，都將是電力動力配備之一的高壓電氣設備的技能開展趨勢。

我國電力設備將來會朝著一下方向發(fā)展:

*超特高壓、大容量技能與配備研制超、特高壓電氣設備是現(xiàn)在電氣設備制造業(yè)的迫切使命。*小型化、緊湊型設備經(jīng)過產(chǎn)品優(yōu)化規(guī)劃、元件小型化、功能復合集成及新技能的應用等技術方法，使產(chǎn)品結構緊湊，體積縮小，完成產(chǎn)品小型化，節(jié)能、減材、低耗。一起，也減少了設備占地面積。

*環(huán)境適應性、協(xié)調(diào)和維護類設備環(huán)境維護問題已成為全社會普遍關注的問題，產(chǎn)品不只要能夠穩(wěn)定運轉，還要同四周環(huán)境合作、協(xié)調(diào)一致，盡量減少或不對環(huán)境發(fā)生影響，包括空氣污染、電磁污染和噪聲污染等。

*高牢靠、少(免)維護設備高牢靠、少(免)維護是確保電力體系及其電氣設備與人身安全，進步供電質(zhì)量及功率的重要確保。

*智能化技能裝置電氣配備的智能化便是進行電器設備二次技能現(xiàn)代化。完成一、二次融合不只可對電氣設備進行在線檢測、運轉狀況監(jiān)視、剖析判斷、控制和維護，還可完成設備的智能(受控)操作等。不只要開發(fā)智能化單元，還要開發(fā)合適智能測控的開關設備，一起具有更高的操作牢靠性和特性精度。

*加強設備實驗技能研究電氣設備是確保電力體系安全運轉至關重要的輸變電設備。而電氣設備本身的技能功能和產(chǎn)品質(zhì)量牢靠性水平，只有經(jīng)過對產(chǎn)品進行各類實驗研究才干對其做出全面、科學的評價。

關于氧化鋅非線性電阻片的發(fā)展，為了適應氧化鋅避雷器超高電壓、小型化、直流輸電及安全化的需求，添加新的元素(如稀土元素)、優(yōu)化工藝和配方、利用新的設備等來進步閥片的電位梯度、降低殘壓、進步通流容量及改善老化功能等。一起開發(fā)合適直流輸電用的直流用氧化鋅非線性電阻片和稀土元素系列閥片。

隨著電力需求的迅速添加和電源太規(guī)?；白冸娬镜挠行Ю每臻g，一起為了處理由此發(fā)生的電力體系問題，氧化鋅避雷器向大容量小型化、特高電壓化、直流輸電及稀土系列MOA方向開展。

特高電壓輸電在我國勢在必行，我國已完成1000kV電壓等級的特高壓輸電。因而，咱們可進行特高壓MOA、直流MOA及高電位梯度高功能MOA閥片等研究作業(yè)，以滿意國內(nèi)電力體系的需求．縮小MOA技能與國際先進水平的差距。

隨著科技的開展，避雷器定會向著運轉安全牢靠、實驗方法簡單、動作準確率高的方向開展。