关于氧化锌避雷器研究报告
作者：高晓璐高奋伟
来源：《城市建设理论研究》2012年第28期
摘要：本文详细介绍了氧化锌避雷器的基本原理和结构，分析了针对氧化锌避雷器所进行的高压试验项目，以及常见的避雷器故障类型和解决方法。

最后通过对邯郸供电公司历年故障避雷器的数据统计分析，对氧化锌避雷器的日常维护和试验工作提出了合理化建议。

关键字：氧化锌避雷器，高压试验，故障分析及处理
中图分类号：U226.8+1 文献标识码：A 文章编号：
一、氧化锌基本原理和结构
1.1概述
自从1967年日本发现氧化锌压敏特性以来,具有优异非线性伏安特性的金属氧化物电阻片及金属氧化物避雷器迅速发展，在全球低压、高压及超高压领域的应用日益广泛。

氧化锌阀片具有良好非线性特性，用它取代碳化硅阀片制造的避雷器通流容量大、残压低、响应速度快、无工频续流、不用串联间隙、可以降低被保护设备的绝缘水平。

1.2氧化锌避雷器工作原理
图1.1 ZnO避雷器的伏安特性
氧化锌避雷器雷电器结构为将若干片ZnO阀片压紧密封在避雷器瓷套内。

ZnO阀片具有非常优异的非线性特性，在较高电压下电阻非常小，可以泄放大量雷电流，残压很低，在电网运行电压下电阻很大，泄漏电流只有50—150μA，电流很小，可视为无工频续流，这就是可以做成无间隙氧化锌避雷器的原因。

我国使用的正是无间隙氧化锌避雷器，运行实践表明，它有损坏爆炸率高，使用寿命短等缺点。

究其原因，暂态过电压承受能力差是其致命弱点。

而串联间隙氧化锌避雷器仍有无间隙氧化锌避雷器的保护性能优点，同时有暂态过电压承受能力强的特点，是一种理想的扬长避短的产品。

二、高压试验中避雷器的试验项目及常见故障分析
2.1避雷器的常见试验项目
目前，针对氧化锌避雷器的试验有以下项目：①本体绝缘电阻；②底座绝缘电阻；③直流参考电压和0.75倍直流参考电压下的泄露电流；④检查放电计数器动作情况；⑤阻性电流测
试；⑥红外测温。

其中项目①到④为预防性试验项目，项目⑤属于带电测试，在每年雷雨季节前测试，项目⑥属于例行检查项目。

2.1.1测量绝缘电阻
绝缘电阻的测量可以使我们初步了解避雷器的内部是否受潮，方法简便，试验安全，采用2500V以上的兆欧表，对于35kV以下的避雷器其绝缘值应不低于1000MΩ。

2.1.2测量直流1mA时的临界动作电压U
主要目的是检查其阀片是否受潮，确定其动作性能是否符合要求。

其接线原理如图2.1所示。

T1—调压器，T2—试验变压器，R—保护电阻，V1—硅堆，C—滤波电容，V—电压表，mA—毫安表，Cx—避雷器
图2.1 测试接线原理图
试验时注意观察毫安表的变化情况，当毫安表达到1mA时，停止加压，并记录下此时的电压值，用此实测值与初始值或制造厂规定值比较，变化不大于±5%为合格。

2.1.3测量0.75倍直流电压下的泄露电流
在第二项试验测试合格后，我们测量0.75倍直流电压下的泄露电流。

该直流电压值一般比最大工作相电压要高一些，在此电压下主要检测长期允许工作电流是否符合规定，因为这一电流与金属氧化物避雷器的寿命有直接关系，一般在同一温度下泄露电流与寿命成反比。

将电压降至0.75倍的并读取相应的电流值。

其泄露电流值应不大于50цA为合格。

2.1.4测量运行电压下的交流泄露电流
氧化锌避雷器在正常运行电压下，通过避雷器的电流很小，这个电流大致可分为3个部分，通过电阻片的电流；通过固定电阻片的绝缘材料的电流；通过避雷器瓷套的电流。

当避雷器正常工作时，通过电阻片的电流是避雷器的总泄露电流。

氧化锌避雷器的总泄露电流Ix中包含着阻性电流Ir（有功分量）和容性电流Ic（无功分量），在正常运行情况下，通过避雷器的电流主要是容性电流，而阻性电流只占很小的一部分，但当避雷器内部绝缘状况不良以及电阻片特性发生变化时，泄露电流中阻性分量IR就会增大很多，而容性电流Ic变化不多，因此，测量运行电压下的泄露电流及阻性分量是判断避雷器运行状态好坏的重要手段。

2.2常见异常分析及处理
运行中的氧化锌避雷器可能会出现各种类型的故障，以下是常见的异常情况的处理方法：
1、泄漏电流表为零。

可能引起该现象的原因有：表计指示失灵；屏蔽线将电流表短接。

处理方法为：
（1）用手轻拍表计看是否卡死；用绝缘棒将屏蔽线与避雷器导电部分相碰之处挑开。

2、泄漏电流表指示偏大：根据历史数据进行分析，如发现表计打足，应判断避雷器有问题。

3、避雷器瓷套管破裂放电。

在工频情况下，避雷器的瓷套管用于保证避雷器必要的绝缘水平，如果瓷套管发生破裂放电，则将成为电力系统的事故隐患。

4、避雷器内部有放电声。

在工频情况下，避雷器内部是没有电流通过的。

因此，不应有任何声音。

若运行中避雷器内有异常声音，则认为避雷器损坏失去作用。

三、邯郸公司历年避雷器故障统计报告
邯郸公司每年都会出现若干起避雷器故障事故案例，经过对2006年至2010年所有站避雷器的故障情况统计，得到不同事故类型的避雷器数量表格和柱状图。

表3.1 2006年~2010年变电站避雷器的故障情况表格
为了便于统计分析，我们绘制了2006年~2010年变电站避雷器的故障情况的柱形图，如图3.1所示：
图3.1 2006年~2010年变电站避雷器的故障情况柱形图
从表中可以看出计数器故障和直流参考电压不合格两个问题占了故障案例的主要部分。

四、邯郸公司避雷器的故障分析和总结
通过统计发现邯郸公司近5年的避雷器故障案例中计数器故障和直流参考电压不合格两个问题占了很大比例。

并且各种类型的故障都有发生，接下来我们分析一下故障原因。

氧化锌阀片的老化
氧化锌阀片的老化是导致避雷器直流参考电压偏低的直接原因。

老化问题可能是由于避雷器的出厂额定电压选择偏低或者是阀片本身不合格，导致阀片承受放电次数和放电能量偏重。

因此在选购避雷器的时候应该选择阀片质量较好的型号。

避雷器受潮
避雷器阀片与外绝缘材料间的界面受潮，或氧化锌阀片质量不好会导致避雷器的泄露电流异常增大。

发生受潮的原因很多，主要可能是避雷器的硅橡胶外套劣化导致密封失效所致，也不排除避雷器阀片或装配工艺有问题。

因此在对避雷器的日常维护过程中要注意观察避雷器硅橡胶外套的外观是否有裂痕，避免避雷器在运行过程中发生此类故障。

阀片破裂或穿孔
阀片破裂或穿孔会直接导致避雷器发生爆炸。

造成此类故障的原因是避雷器老化后未及时发现依然继续使用；避雷器承受了很大的电流冲击(近距离雷击或大功率电容放电)，或者是避雷器密封不良，这种情况下只能整只更换避雷器。

避雷器运行环境恶劣
避雷器的运行环境状况对避雷器的使用寿命有很大影响。

环境的污秽程度不同会导致避雷器内部的电位分布也不均匀。

因此对与重污秽及以上地区，应使用带均压结构的避雷器，防止避雷器两端的阀片优先老化。

结论
电气设备是确保电力系统安全运行至关重要的输变电设备，而氧化锌避雷器就是这些输变电设备的保护屏障，使它们免受过电压的损害。

因此，加强对避雷器的日常维护和试验，使避雷器在良好的状态下运行，才能保证其他设备安全稳定的工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。