分析串聯間隙氧化鋅避雷器在應用中的試驗問題

1.避雷器應用的比較  
目前在電力系統中運行的避雷器主要有兩種類型。一類是以串聯火花間隙與碳化硅閥片為主要元件的傳統閥型避雷器;另一類是以氧化鋅電阻片為主要元件的金屬氧化物避雷器。其主要元件的伏安特性如下圖一二所示。  
從圖一可以看到，對于單個間隙而言當很大的雷電流流過非線性電阻時，非線性電阻將呈現很大的電導率，使避雷器上出現的殘壓U0不致過高。當雷電流過去后，加在閥片上的電壓是系統電壓Ux時，非線性電阻的電導率突然下降而將工頻續流限制到很小的數值。事實上閥型避雷器的間隙由數個或數十個單間隙組成而形成的一個電容鏈。由于電片對地和對高壓端蓋的部分電容的影響，電壓在各間隙上分布是不均勻的。嚴重的是這種不均勻非常的不穩定，它受瓷套表面情況影響很大，使得避雷器的工頻放電電壓很不穩定。雖然可以通過在每個間隙或間隙組上并聯一個分路電阻來解決，但分路電阻中將長期有電流流過(泄漏電流);且經長期運行非線性并聯電阻會逐漸老化，表現為阻值增加，電導電流下降，影響避雷器性能。  
從圖二可以看到氧化鋅電阻片在擊穿區域具有較好的非線性，使得氧化鋅避雷器在正常工作電壓下電阻值很大，泄漏電流很小;在過電壓情況下其電阻值又很小，過電壓能量釋放即恢復到高阻值狀態，無工頻續流，所以無間隙氧化鋅避雷器得到了廣泛應用。  
但是，作為過電壓保護電器，針對其所釋放的能量，其自身仍存在過電壓防護問題。對于能量有限的過電壓(如雷電過電壓和操作過電壓)，避雷器泄流能起限壓保護作用。對能量是無限(有補充能源)的過電壓，如暫態過電壓(工頻過電壓和諧振過電壓的總稱)，其頻率或為工頻或為工頻的整數倍或分數倍，與工頻電源頻率總有合拍的時候，如因某些原因而激發暫態過電壓，工頻電源能自動補充過電壓能量，即使避雷器泄流過電壓幅值不衰減或只弱衰減，暫態過電壓如果進入避雷器保護動作區，勢必長時反復動作直至熱崩潰，避雷器損壞爆炸，因此暫態過電壓對避雷器有致命危害。如果已將全部暫態過電壓限定在保護死區內不受其危害的避雷器，稱之為暫態過電壓承受能力強，反之稱暫態過電壓承受能力差。碳化硅避雷器暫態過電壓承受能力強，但由于運行中動作特性穩定性差，常因沖擊放電電壓(保護動作區起始電壓)值下降，仍可能遭受暫態過電壓危害，動作負載重壽命短。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓(可近似地把參考電壓當作拐點電壓)偏低，僅2.21～2.56Uxg(大相電壓)，而有些暫態過電壓大值達2.5～3.5Uxg，故有暫態過電壓承受能差，損壞爆炸率高和壽命短等缺點。  
對暫態過電壓危害有效防護辦法是加結構性能穩定的串聯間隙將全部暫態過電壓限定在保護死區內，使避雷器免受其危害。串聯間隙氧化鋅避雷器有此*優點。結構上串聯間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用氧化鋅閥片，其間隙結構不同于碳化硅避雷器。其間隙數量少，當過電壓達到沖擊放電電壓時，間隙無時延擊穿，同時因隙距大動作特性穩定，可避免碳化硅避雷器間隙帶來的缺點。串聯間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態過電壓限定在保護死區內免受其危害，故又可避免無間隙氧化鋅避雷器因拐點電壓偏低帶來的缺點。  
2.串聯間隙氧化鋅避雷器試驗問題  
隨著現代防雷技術的發展，在小電流接地系統中交流串聯間隙氧化鋅避雷器正逐步在變壓器開關、母線、電動機、發電機、線路、電容器組等電氣設備得到應用。作為電氣設備本身，同樣存在著閥片性能、參數設計、絕緣材質、裝配不良、密封缺陷等問題;掌握其性能狀況亦顯得十分必要。對于中性點非直接接地的3—63KV電力系統中的氧化鋅避雷器，我國電力行業標準DL/T596—1996《電力設備預防性試驗規程》(以下簡稱《規程》)明確規定其試驗項目為：1.絕緣電阻;2.直流1mA下的電壓U1mA及75%U1mA下的電流。*，該規程關于氧化鋅避雷器的試驗項目是源于《交流無間隙金屬氧化物避雷器》(GB11032—89)的規定要求，是針對交流無間隙氧化鋅避雷器的?！兑幊獭芬幎ǖ脑囼烅椖渴欠襁m用帶串聯間隙的氧化鋅避雷器值得商榷。  
《規程》規定碳化硅避雷器FS系列的試驗項目為1.絕緣電阻;2.工頻放電。FCD系列試驗項目為1.絕緣電阻;2.電導電流。結合無間隙氧化鋅避雷器和有間隙碳化硅避雷器因結構不同而在試驗上的不同，我們認為目前在小電流接地系統中廣泛使用的帶串聯間隙的氧化鋅避雷器試驗項目應為1.絕緣電阻;2.工頻放電。對于一些為了解決電壓分布問題，而在間隙兩側并聯電阻的串聯間隙氧化鋅避雷器還應做電導電流。  
由于采用ZnO閥片，其絕緣電阻測量同無間隙氧化鋅避雷器。測量值決定于閥片外和內部絕緣部件和瓷套。測量使用2500V兆歐表，35kV及以下避雷器絕緣電阻值不低于1000MΩ;35kV以上避雷器不低于25000MΩ。  
由于存在間隙，直流1mA下的電壓U1mA及75%U1mA下的電流試驗項目是不適合有間隙氧化鋅避雷器的。而工頻放電試驗是檢驗間隙避雷器電氣性能的一個基本項目。雖然由于氧化鋅電阻片具有在低電壓下良好的高阻和限流的特點，可不考慮放電間隙的切斷比;但是，其工頻放電電壓同樣不能過高和過低。過高的工頻放電電壓就會使沖擊放電電壓升高，從而影響避雷器的性能。過低的工頻放電電壓就可能造成在被保護設備的絕緣能耐受而不需要保護的操作過電壓下動作。所以，工頻放電電壓應根據避雷器保護對象有相應的放電電壓范圍。目前，由于《規程》的相對滯后，很難在有關規程中查到相應的試驗標準。所以，預防性試驗應參照出廠試驗報告。  
現提供目前保護高壓電動機常用的TBP系列A、B、C三型串聯間隙氧化鋅避雷器工頻放電電壓范圍，供參考。  
工頻放電電壓測試數值標準額定電壓(kv)  
型號3.156.310.5注意  
A型4.9--7.29.8--14.416.3--23.71、此標準為測3次的平均值;2、所測值為出廠值90%--120%視為合格;3、每次升壓應均勻，時間控制在3.5--7S;4、每次間隔不小于10S;5、除TBP內部間隙放電，其它任何部位閃絡視為不合格。6、接線同FS工頻放電試驗  
B型6.6--9.713.2--19.321.9--32.0  
C型7--10.213--20.123.1--33.6  
電導電流試驗是檢查避雷器內部是否受潮，并聯電阻有無斷裂、老化的一個重要指標。其試驗接線與FCD系列試驗接線一致;要求電導電流不大于50µA。  
3.結束語  
串聯間隙氧化鋅避雷器使用了間隙和ZnO閥片，兩者互為保護。間隙使電荷率為零，解決了ZnO閥片老化問題;間隙在續流時易損壞，ZnO閥片*的性能使其無續流。保護設備的絕緣免受雷電和操作等過電壓的損壞起到良好的作用。*性的逐步體現，使得串聯間隙氧化鋅避雷器將被越來越多的使用;其試驗標準也將逐步完善和規范。