浅谈避雷器在电力系统应用中的问题分析

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浅谈避雷器在电力系统应用中的问题分析 新疆生产建设兵团农四师霍尔果斯河流域灌溉管理处835223 罗阳云 摘要 避雷器 又称：surge arrester，能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。 主题词 避雷器 电力 电压 问题   避雷器在电力线系统中的应用和作用都非常之大，避雷器的种类也随着电力工业的发展和科学技术的进步在不断增多，其避雷效果、外形设计、重量及安装方便也越来越被电力安装和运行人员所认可。新疆兵团农四师垦区电网（以下简称垦区电网）多以山区、丘陵和沙漠地带为主，雷雨季节的避雷效果对垦区电网的安全、稳定运行至关重要。就此，本人根据多年的工作经验对避雷器在电力系统中的应用谈点个人的意见，仅供同行参考： 一、避雷器的原理 避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。 　　避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙——是最简单形式的避雷器；管型避雷器——也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器——是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器——利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。     二、应用中的问题探讨     1、避雷器自身过电压防护问题。避雷器是过电压保护电器，其自身仍存在过电压防护问题。对于能量有限的过电压如雷电过电压和操作过电压，避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限的过电压，如暂态过电压（工频过电压和谐振过电压的总称），其频率或为工频或为工频的整数倍或分数倍，与工频电源频率总有合拍的时候，如因某些原因而激发暂态过电压，工频电源能自动补充过电压能量，即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减，暂态过电压如果进入避雷器保护动作区，势必长时反复动作直至热崩溃，避雷器损坏爆炸，因此暂态过电压对避雷器有致命危害。碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强，但由于运行中动作特性稳定性差，常因冲击放电电压（保护动作区起始电压）值下降，仍可能遭受暂态过电压危害。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压偏低，仅2.21～2.56Uxg（最大相电压），而有些暂态过电压最大值达2.5～3.5Uxg，故有暂态过电压承受能差的缺点。对暂态过电压危害有效防护办法是加结构性能稳定的串联间隙将全部暂态过电压限定在保护死区内，使避雷器免受其危害。     2、避雷器自身对电力系统不安全影响。保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后，保护回路再也没有限流元件，保护动作都要造成接地故障或相间短路故障，保护作用增多电力系统故障率，影响电力系统的正常、安全运行。应用氧化锌避雷器，从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障，且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。     3、避雷器其连续雷电冲击保护能力。有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击，连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs至数千μs，间隔时间极短。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流，雷电流泄放（小于100μs）完毕，立即恢复到可进行再次动作能力，故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力，这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。       三、避雷器运行中的问题分析 　　 从运行时间上、安装的环境、气候、及生产厂，对损坏的避雷器进行技术分析，造成避雷器运行中爆炸的原因可归纳如下几项：     1、避雷器的密封问题。避雷器密封老化问题，主要是生产厂采用的密封技术不完善，或采用的密封材料抗老化性能不稳定，在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期，造成其密封不良而后使潮气浸入，造成内部绝缘损坏，加速了电阻片的劣化而引起爆炸。     2、电阻片抗老化性能差。 在避雷器运行在其产品寿命的后期，电阻片劣化造成泄漏电流上升，甚至造成与瓷套内部放电，放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高，而引起避雷器本体爆炸，内部放电不太严重时可引起系统单相接地。     3、瓷套污染。由于工作在室外的避雷器，瓷套受到环境粉尘的污染，特别是设置在冶金厂区内变电所，由于粉尘中金属粉尘的比例较大，故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀，而使沿瓷套表面电流也不均匀分布，势必导致电阻片中电流的不均匀分布，使流过电阻片的电流较正常时大1—2个数量级，造成附加温升，使吸收过电压能力大为降低，也加速了电阻片的劣化。     4、高次谐波。 冶金企业电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产的冲击负荷等的影响，使电网上的高次谐波值严重超标。由于电阻片的非线性，当正弦电压作用时，还有一系列的奇次谐波，而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。     四、要保证避雷器在网上安全可靠运行，应采取以下措施：       1、防污措施。 采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清扫或涂以防污闪硅油，在避雷器选型上选用防污瓷套型的避雷器。     2、谐波治理。 加强电网谐波的治理力度，在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置，以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。     3、技术管理。 加强对避雷器的技术管理工作，即对运行在网上的每一只避雷器建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案，直至该避雷器退出运行。 　　 避雷器使用寿命与许多因素有关，除制造质量，密封失效受潮及其它外界因素外，避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压，受潮、污闪、系统条件、本身故障等，但仍有一定比例损坏的原因不详，故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因避雷器的劣化速度的离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定着避雷器的安全运行的可靠性，故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结，以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。 参考文献 莫正康主编．电力电子应用技术（第3版）．北京：机械工业出版社，2007.3 严克宽，张仲超编．电气工程和电力电子技术．北京：化学工业出版社，2002.4 电力系统分析(第三版)(上、下)，何仰赞、温增银，华中科技大学出版社，2002年5月 电力系统概论，杨淑英，中国电力出版社.2003