分析串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器在應(yīng)用中的試驗問題

1.避雷器應(yīng)用的比較  
目前在電力系統(tǒng)中運行的避雷器主要有兩種類型。一類是以串聯(lián)火花間隙與碳化硅閥片為主要元件的傳統(tǒng)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(xiàn)很大的電導(dǎo)率，使避雷器上出現(xiàn)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(tǒng)電壓Ux時，非線性電阻的電導(dǎo)率突然下降而將工頻續(xù)流限制到很小的數(shù)值。事實上閥型避雷器的間隙由數(shù)個或數(shù)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(wěn)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(wěn)定。雖然可以通過在每個間隙或間隙組上并聯(lián)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(jīng)長期運行非線性并聯(lián)電阻會逐漸老化，表現(xiàn)為阻值增加，電導(dǎo)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(qū)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(fù)到高阻值狀態(tài)，無工頻續(xù)流，所以無間隙氧化鋅避雷器得到了廣泛應(yīng)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(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(fù)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。如果已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護死區(qū)內(nèi)不受其危害的避雷器，稱之為暫態(tài)過電壓承受能力強，反之稱暫態(tài)過電壓承受能力差。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，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(tài)過電壓大值達2.5～3.5Uxg，故有暫態(tài)過電壓承受能差，損壞爆炸率高和壽命短等缺點。  
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。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器有此*優(yōu)點。結(jié)構(gòu)上串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用氧化鋅閥片，其間隙結(jié)構(gòu)不同于碳化硅避雷器。其間隙數(shù)量少，當過電壓達到?jīng)_擊放電電壓時，間隙無時延擊穿，同時因隙距大動作特性穩(wěn)定，可避免碳化硅避雷器間隙帶來的缺點。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護死區(qū)內(nèi)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(lián)間隙氧化鋅避雷器試驗問題  
隨著現(xiàn)代防雷技術(shù)的發(fā)展，在小電流接地系統(tǒng)中交流串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器正逐步在變壓器開關(guān)、母線、電動機、發(fā)電機、線路、電容器組等電氣設(shè)備得到應(yīng)用。作為電氣設(shè)備本身，同樣存在著閥片性能、參數(shù)設(shè)計、絕緣材質(zhì)、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(tǒng)中的氧化鋅避雷器，我國電力行業(yè)標準DL/T596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)明確規(guī)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(guī)程關(guān)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(guī)定要求，是針對交流無間隙氧化鋅避雷器的。《規(guī)程》規(guī)定的試驗項目是否適用帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器值得商榷。  
《規(guī)程》規(guī)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(dǎo)電流。結(jié)合無間隙氧化鋅避雷器和有間隙碳化硅避雷器因結(jié)構(gòu)不同而在試驗上的不同，我們認為目前在小電流接地系統(tǒng)中廣泛使用的帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器試驗項目應(yīng)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(cè)并聯(lián)電阻的串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器還應(yīng)做電導(dǎo)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(nèi)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(shè)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(yīng)根據(jù)避雷器保護對象有相應(yīng)的放電電壓范圍。目前，由于《規(guī)程》的相對滯后，很難在有關(guān)規(guī)程中查到相應(yīng)的試驗標準。所以，預(yù)防性試驗應(yīng)參照出廠試驗報告。  
現(xiàn)提供目前保護高壓電動機常用的TBP系列A、B、C三型串聯(lián)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(shù)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(yīng)均勻，時間控制在3.5--7S;4、每次間隔不小于10S;5、除TBP內(nèi)部間隙放電，其它任何部位閃絡(luò)視為不合格。6、接線同F(xiàn)S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(dǎo)電流試驗是檢查避雷器內(nèi)部是否受潮，并聯(lián)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(dǎo)電流不大于50µA。  
3.結(jié)束語  
串聯(lián)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(xù)流時易損壞，ZnO閥片*的性能使其無續(xù)流。保護設(shè)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(xiàn)，使得串聯(lián)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(guī)范。