淺談避雷器在電力系統(tǒng)應用中的問題分析

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淺談避雷器在電力系統(tǒng)應用中的問題分析 新疆生產(chǎn)建設兵團農(nóng)四師霍爾果斯河流域灌溉管理處835223 羅陽云 摘要 避雷器 又稱：surge arrester，能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導線與地之間，與被保護設備并聯(lián)。當過電壓值達到規(guī)定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護設備絕緣；電壓值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。 主題詞 避雷器 電力 電壓 問題   避雷器在電力線系統(tǒng)中的應用和作用都非常之大，避雷器的種類也隨著電力工業(yè)的發(fā)展和科學技術的進步在不斷增多，其避雷效果、外形設計、重量及安裝方便也越來越被電力安裝和運行人員所認可。新疆兵團農(nóng)四師墾區(qū)電網(wǎng)（以下簡稱墾區(qū)電網(wǎng)）多以山區(qū)、丘陵和沙漠地帶為主，雷雨季節(jié)的避雷效果對墾區(qū)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行至關重要。就此，本人根據(jù)多年的工作經(jīng)驗對避雷器在電力系統(tǒng)中的應用談點個人的意見，僅供同行參考： 一、避雷器的原理 避雷器是變電站保護設備免遭雷電沖擊波襲擊的設備。當沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過避雷器保護水平時，避雷器首先放電，并將雷電流經(jīng)過良導體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護設備雷電沖擊水平以下，使電氣設備受到保護。 　　避雷器按其發(fā)展的先后可分為：保護間隙——是最簡單形式的避雷器；管型避雷器——也是一個保護間隙，但它能在放電后自行滅?。婚y型避雷器——是將單個放電間隙分成許多短的串聯(lián)間隙，同時增加了非線性電阻，提高了保護性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花間隙，提高了滅弧能力，同時還具有限制內(nèi)部過電壓能力；氧化鋅避雷器——利用了氧化鋅閥片理想的伏安特性（非線性極高，即在大電流時呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓，在正常工頻電壓下呈高電阻特性），具有無間隙、無續(xù)流殘壓低等優(yōu)點，也能限制內(nèi)部過電壓，被廣泛使用。     二、應用中的問題探討     1、避雷器自身過電壓防護問題。避雷器是過電壓保護電器，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。對能量是無限的過電壓，如暫態(tài)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(shù)倍或分數(shù)倍，與工頻電源頻率總有合拍的時候，如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)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(tài)過電壓如果進入避雷器保護動作區(qū)，勢必長時反復動作直至熱崩潰，避雷器損壞爆炸，因此暫態(tài)過電壓對避雷器有致命危害。碳化硅避雷器暫態(tài)過電壓承受能力強，但由于運行中動作特性穩(wěn)定性差，常因沖擊放電電壓（保護動作區(qū)起始電壓）值下降，仍可能遭受暫態(tài)過電壓危害。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓偏低，僅2.21～2.56Uxg（最大相電壓），而有些暫態(tài)過電壓最大值達2.5～3.5Uxg，故有暫態(tài)過電壓承受能差的缺點。對暫態(tài)過電壓危害有效防護辦法是加結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的串聯(lián)間隙將全部暫態(tài)過電壓限定在保護死區(qū)內(nèi)，使避雷器免受其危害。     2、避雷器自身對電力系統(tǒng)不安全影響。保護間隙和管型避雷器在間隙擊穿后，保護回路再也沒有限流元件，保護動作都要造成接地故障或相間短路故障，保護作用增多電力系統(tǒng)故障率，影響電力系統(tǒng)的正常、安全運行。應用氧化鋅避雷器，從根本上避免保護作用產(chǎn)生接地故障或相間短路故障，且不用自動重合閘裝置就能減少線路雷害停電事故。     3、避雷器其連續(xù)雷電沖擊保護能力。有時高壓電力裝置可能遭受連續(xù)雷電沖擊，連續(xù)雷電沖擊是指兩次雷電入侵波間隔時間僅數(shù)百μs至數(shù)千μs，間隔時間極短。氧化鋅避雷器保護動作只泄放雷電流，雷電流泄放（小于100μs）完畢，立即恢復到可進行再次動作能力，故氧化鋅避雷器具有連續(xù)雷電沖擊保護能力，這對于多雷區(qū)或雷電活動特殊強烈地區(qū)的防雷保護尤為重要。       三、避雷器運行中的問題分析 　　 從運行時間上、安裝的環(huán)境、氣候、及生產(chǎn)廠，對損壞的避雷器進行技術分析，造成避雷器運行中爆炸的原因可歸納如下幾項：     1、避雷器的密封問題。避雷器密封老化問題，主要是生產(chǎn)廠采用的密封技術不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定，在溫差變化較大時或運行時間接近產(chǎn)品壽命后期，造成其密封不良而后使潮氣浸入，造成內(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。 在避雷器運行在其產(chǎn)品壽命的后期，電阻片劣化造成泄漏電流上升，甚至造成與瓷套內(nèi)部放電，放電嚴重時避雷器內(nèi)部氣體壓力和溫度急劇增高，而引起避雷器本體爆炸，內(nèi)部放電不太嚴重時可引起系統(tǒng)單相接地。     3、瓷套污染。由于工作在室外的避雷器，瓷套受到環(huán)境粉塵的污染，特別是設置在冶金廠區(qū)內(nèi)變電所，由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻，而使沿瓷套表面電流也不均勻分布，勢必導致電阻片中電流的不均勻分布，使流過電阻片的電流較正常時大1—2個數(shù)量級，造成附加溫升，使吸收過電壓能力大為降低，也加速了電阻片的劣化。     4、高次諧波。 冶金企業(yè)電網(wǎng)隨著大噸位電弧爐、大型整流、變頻設備的應用及軋鋼生產(chǎn)的沖擊負荷等的影響，使電網(wǎng)上的高次諧波值嚴重超標。由于電阻片的非線性，當正弦電壓作用時，還有一系列的奇次諧波，而在高次諧波作用時就更加速了電阻片的劣化速度。     四、要保證避雷器在網(wǎng)上安全可靠運行，應采取以下措施：       1、防污措施。 采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油，在避雷器選型上選用防污瓷套型的避雷器。     2、諧波治理。 加強電網(wǎng)諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設動態(tài)無功補償和濾波裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國家標準允許范圍內(nèi)。     3、技術管理。 加強對避雷器的技術管理工作，即對運行在網(wǎng)上的每一只避雷器建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監(jiān)測儀的運行記錄均要存入技術檔案，直至該避雷器退出運行。 　　 避雷器使用壽命與許多因素有關，除制造質(zhì)量，密封失效受潮及其它外界因素外，避雷器閥片的老化速度是影響壽命的關鍵因素。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，故仍有其在運行中對事故原因不明確的問題。又因避雷器的劣化速度的離散性，及雷電、操作過電壓、諧波、運行環(huán)境等的隨機性，都決定著避雷器的安全運行的可靠性，故需在今后的工作實踐中去研究、實驗、探索和總結(jié)，以使得其在運行中的不安全因素可得以預防和完善。 參考文獻 莫正康主編．電力電子應用技術（第3版）．北京：機械工業(yè)出版社，2007.3 嚴克寬，張仲超編．電氣工程和電力電子技術．北京：化學工業(yè)出版社，2002.4 電力系統(tǒng)分析(第三版)(上、下)，何仰贊、溫增銀，華中科技大學出版社，2002年5月 電力系統(tǒng)概論，楊淑英，中國電力出版社.2003