摘要：介紹了配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)、分類、基本特性以及其安裝使用的一般原則和注意事項(xiàng);確定了選擇配電網(wǎng)避雷器的一般程序和性能要求;提出配電網(wǎng)避雷器的使用要求及運(yùn)行管理要求。對(duì)配電網(wǎng)避雷器的選型、安裝及運(yùn)行使用具有重要的參考意義

摘要：介紹了配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)、分類、基本特性以及其安裝使用的一般原則和注意事項(xiàng);確定了選擇配電網(wǎng)避雷器的一般程序和性能要求;提出配電網(wǎng)避雷器的使用要求及運(yùn)行管理要求。對(duì)配電網(wǎng)避雷器的選型、安裝及運(yùn)行使用具有重要的參考意義。

避雷器是電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)裝置，又稱過電壓限制器。

在配電系統(tǒng)中，設(shè)備的主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自感應(yīng)雷和對(duì)所連架空線的直擊雷。未與架空線連接的電纜系統(tǒng)，因故障或開關(guān)操作引起的過電壓所占比例大，但也會(huì)產(chǎn)生雷電感應(yīng)過電壓，引起閃絡(luò)并嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，影響用戶的正常供電。通過避雷器和絕緣裝置的適當(dāng)配合可防止這類事件的發(fā)生。

1 配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)

1.1 配電網(wǎng)避雷器的分類和內(nèi)外結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)用避雷器結(jié)構(gòu)分瓷套式避雷器和復(fù)合外套式避雷器2種。瓷外套金屬氧化物避雷器的功能部分由不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及疊加起來(lái)的金屬氧化物電阻片柱組成，具有非線性伏安特性。避雷器內(nèi)空間介質(zhì)通常是氮或干燥的空氣;瓷外套用以保護(hù)避雷器功能元件免受環(huán)境的影響，其機(jī)械強(qiáng)度、閃絡(luò)距離、爬電距離、污穢條件下的性能、防濕氣侵入的密封性必須滿足相關(guān)要求。

避雷器外套內(nèi)壁和功能元件之間的空隙可能完全或部分填滿了氣體(如干燥的空氣或氮?dú)?，或固體或半固態(tài)材料(如硅橡膠)。避雷器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定配電網(wǎng)用避雷器必須設(shè)置壓力釋放裝置，當(dāng)功能元件因能量過負(fù)荷被擊穿或閃絡(luò)后，避雷器外套可能會(huì)爆破。密封系統(tǒng)是避雷器(不僅指瓷外套避雷器)最敏感的部件，瓷外套避雷器中濕氣浸入是影響金屬氧化鋅避雷器(metal oxide arrester，MOA)壽命的1個(gè)主要因素(MOV的電氣壽命也是1個(gè)因素，例如其電壓、電流特性的改變，但不是主要因素)E23。

1.2 配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)形式

1.2.1 管型設(shè)計(jì)

這種避雷器采用的外套包含一定的氣體體積(與瓷外套相似)，為非瓷性復(fù)合外套，外部有傘裙的由增強(qiáng)塑料玻璃纖維管制成，并直接模壓在玻璃纖維管上。避雷器內(nèi)部的周圍介質(zhì)一般為氮?dú)饣蛘呖諝狻?/p>

目前常使用的外套是直接套在電阻片柱上，外套內(nèi)不包含預(yù)留的氣體。

1.2.2 纏繞型設(shè)計(jì)

避雷器的機(jī)械支撐部分使用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(fiberglass—reinforced plastics，F(xiàn)RP)纏繞型結(jié)構(gòu)，它可以通過環(huán)氧樹脂浸透玻璃粗紗來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用預(yù)浸漬網(wǎng)或帶纏繞在電阻片柱上，然后在烘箱中固化而成，所得到的管型纏繞電阻片柱可以完全被包裹(可以預(yù)留薄弱點(diǎn)以保證在避雷器過載時(shí)外套打開)，也可以有預(yù)留窗口。這種纏繞也可能是1個(gè)預(yù)制的FRP管，包裹在MoV柱上，二者之間的空隙可用彈性材料填充。

1.2.3 籠型設(shè)計(jì)籠型設(shè)計(jì)

的M0V柱由FRP網(wǎng)或FRP棒或FRP帶以極高的張力夾緊。MoV本身即為機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，而玻璃鋼則形成1個(gè)開放的籠子，也有用帶子纏繞玻璃鋼籠子以增加機(jī)械強(qiáng)度，改善短路性能。外部傘裙必須直接模壓在模件上，通常使用的是硅橡膠。

上述3種形式結(jié)構(gòu)的避雷器的外部傘裙必須直接模壓在模件上，通常使用的是硅橡膠。

2 配電網(wǎng)避雷器的基本特性

避雷器具有保護(hù)特性和運(yùn)行特性。

避雷器的保護(hù)特性反映其限制電力系統(tǒng)過電壓的能力，是輸變電設(shè)備絕緣配合的基礎(chǔ)。改善避雷器的保護(hù)特性可以提高被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行安全可靠性，降低絕緣水平。

避雷器的保護(hù)特性由保護(hù)水平?jīng)Q定。避雷器的運(yùn)行特性應(yīng)包括動(dòng)作負(fù)載穩(wěn)定性和運(yùn)行壽命特性(包括長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間運(yùn)行電壓下的壽命及各種過電壓下的壽命)等。

3 配電網(wǎng)避雷器的選擇

配電系統(tǒng)很少有防雷屏蔽，因此配電網(wǎng)避雷器會(huì)遭受直接雷擊和較多的感應(yīng)雷。應(yīng)給予這種避雷器由雷電引起的瞬態(tài)過電壓極大的關(guān)注，相對(duì)而言，操作過電壓并不重要。配電設(shè)備包括避雷器，與電站設(shè)備相比是低廉的，但其用量巨大。對(duì)具有特殊用途的避雷器進(jìn)行單獨(dú)的研究通常不經(jīng)濟(jì)、不可行。因此，配電網(wǎng)避雷器的選型通常要考慮到使其能用于系統(tǒng)中任何相似的地方而不是某一特定的位置;而且配電網(wǎng)多為中性點(diǎn)絕緣和諧振接地系統(tǒng)，其接地故障暫時(shí)過電壓持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，所以配電網(wǎng)用避雷器的選擇有特別要注意的地方。

3.1 選擇配電網(wǎng)避雷器的一般程序

避雷器的保護(hù)特性和運(yùn)行特性互相制約。提高避雷器額定電壓，則避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓、工頻過電壓耐受能力以及能量吸收能力亦隨之提高，但過電壓下的保護(hù)裕度減小(即殘壓高)。因此，選擇適當(dāng)?shù)谋芾灼魇?個(gè)優(yōu)化的過程，必須考慮大量的系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)。

選擇配電網(wǎng)用避雷器的一般程序如下：

a)根據(jù)避雷器使用的當(dāng)?shù)貤l件，如海拔、氣溫、風(fēng)速、污穢、地震等環(huán)境因素進(jìn)行選擇(如屬于非正常使用條件，須經(jīng)供需雙方協(xié)商，擬訂出非正常使用條件下的避雷器);

b)根據(jù)最高系統(tǒng)電壓來(lái)確定避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓;

c)根據(jù)暫時(shí)工頻過電壓來(lái)確定避雷器的額定電壓;

d)估算通過避雷器的預(yù)期雷電放電電流，選擇避雷器的標(biāo)稱放電電流等級(jí)及大電流沖擊值;

e)估算通過避雷器的預(yù)期操作沖擊電流和能量，選擇避雷器的方波沖擊電流放電等級(jí);

f)根據(jù)預(yù)期故障電流來(lái)選擇避雷器的壓力釋放等級(jí);

g)選擇滿足要求的避雷器，確定其雷電沖擊保護(hù)特性;

h)確定被保護(hù)設(shè)備的配和用雷電沖擊耐受電壓，應(yīng)考慮架空線路的雷電特性，確定典型的雷電過電壓侵入波;確定避雷器和被保護(hù)設(shè)備之間的距離;

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB311.2～6～1983《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》確定被保護(hù)設(shè)備的額定雷電沖擊絕緣水平;如果被保護(hù)設(shè)備的額定絕緣水平較低，則應(yīng)重新考慮避雷器的額定電壓、持續(xù)運(yùn)行電壓、標(biāo)稱放電電流等級(jí)、方波沖擊電流放電等級(jí)及避雷器和被保護(hù)設(shè)備之間的距離。

3.2 按使用地區(qū)環(huán)境條件進(jìn)行選擇

按使用地區(qū)環(huán)境條件進(jìn)行選擇，考慮如溫度、日照、風(fēng)速、冰雪、相對(duì)濕度、污穢、海拔、地震、雨等環(huán)境條件。

4 配電網(wǎng)避雷器的應(yīng)用

4.1 配電網(wǎng)避雷器的安裝

對(duì)于金屬氧化物避雷器的裝配、安裝、維護(hù)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和廢棄，制造廠家應(yīng)給出清晰的說明，并在提供的使用說明書(手冊(cè))中明確規(guī)定。

避雷器用脫離器是當(dāng)避雷器故障時(shí)，使避雷器與系統(tǒng)斷開的裝置，用于防止系統(tǒng)持續(xù)故障，并給出可見標(biāo)識(shí)。脫離器脫離時(shí)切斷流經(jīng)避雷器的故障電流通常不是該裝置的功能。脫離器通常直接置于避雷器接地側(cè)，應(yīng)隔離避雷器和地電位，并且指出應(yīng)替換的故障避雷器。當(dāng)避雷器正常運(yùn)行時(shí)，如通過雷電流時(shí)，脫離器不應(yīng)動(dòng)作;只有當(dāng)避雷器過負(fù)荷時(shí)，脫離器應(yīng)自動(dòng)將避雷器脫離，它們的接地引線應(yīng)是軟線，且必須保證避雷器下方有足夠的絕緣距離，使脫離的接地引線能自由地?fù)u擺。當(dāng)脫離器動(dòng)作后，在避雷器下部接地端會(huì)出現(xiàn)施加的運(yùn)行電壓時(shí)，不會(huì)引起放電。

脫離器可防止過負(fù)荷避雷器引起永久性短路而導(dǎo)致的系統(tǒng)跳閘，為用戶持續(xù)供電[43。對(duì)于很難到達(dá)的地方或過負(fù)荷避雷器不能很快替換時(shí)，這是優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是當(dāng)避雷器被脫離后，因無(wú)保護(hù)，應(yīng)盡快替換事故避雷器，以免與系統(tǒng)脫離后失去控制。

絕緣托架與脫離器一并安裝，以便能在避雷器故障后重合配電變壓器，其他托架用于安裝。

如果高壓熔斷器與脫離器在1條回路上，這2個(gè)保護(hù)裝置的響應(yīng)特性應(yīng)彼此匹配。脫離器的響應(yīng)速度應(yīng)高于或至少應(yīng)與高壓熔斷器一樣。這是為了避免更換后的新熔絲由于短路存在而再次切斷短路電流。故障指示器的功能是用鮮明的顏色材料顯示避雷器已過負(fù)荷，需要替換，它們不能使避雷器與地電位脫離。故障指示器可以安裝在避雷器高壓端，也可以直接安裝在避雷器接地端。如果避雷器過負(fù)荷，短路則是永久性的，應(yīng)盡快檢測(cè)出損壞的避雷器并進(jìn)行替換。

4.2 連接引線

用戶選擇連接引線的截面積應(yīng)保證通過避雷器的短路電流(給定短路電流持續(xù)時(shí)間)而不會(huì)導(dǎo)致連接引線熔化或扯掉;連接引線應(yīng)保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，這一點(diǎn)適用于高壓端連接引線，也適用于低壓端連接引線。

若考慮快速上升的雷電沖擊波，配電網(wǎng)避雷器相對(duì)于被保護(hù)設(shè)備之間的位置可能非常重要。當(dāng)保護(hù)設(shè)備通過快速上升的雷電過電壓，以及當(dāng)與避雷器串聯(lián)的連接引線、避雷器與被保護(hù)設(shè)備的并聯(lián)引線均因其固有電感而產(chǎn)生不小的電壓時(shí)，引線電壓附加在避雷器的快波前特性上，因此連接引線須盡可能短且直，因沖擊電流通過時(shí)，其本身的自感在每段導(dǎo)線上都會(huì)產(chǎn)生感性壓降。當(dāng)雷電流變化率di/dt很高時(shí)，必須考慮到感性壓降。金屬氧化物材料本身對(duì)陡電壓和電流沖擊的響應(yīng)幾乎是同時(shí)。就避雷器本身的尺寸和引線長(zhǎng)度而言，總是存在著感性電壓，必須考慮陡波電流的沖擊。有關(guān)避雷器參數(shù)表中給出的規(guī)定殘壓值通常是僅指避雷器兩端的值。

附加感性電壓計(jì)算公式為U=L×df/d 。設(shè)1m長(zhǎng)直線的電感為L(zhǎng)=1 μH，雷電流波形的波頭和波尾分別為8μ s、20μ s，幅值為10 kA，則每米連線的附加感性電壓大約為1.2 kV;對(duì)于上升時(shí)間為1 μs、幅值為10 kA的陡波沖擊電流，則每米連線的附加感性電壓大約為10 kV。這就意味著必須盡可能地消除引線和回環(huán)的電感效應(yīng)，更不用說避雷器和變壓器必須在同一點(diǎn)接地。

4.3 配電網(wǎng)避雷器的接地

配電系統(tǒng)中的避雷器應(yīng)緊靠被保護(hù)設(shè)備，如變壓器 ]。避雷器接地端和被保護(hù)設(shè)備接地端應(yīng)該用非常短且直的導(dǎo)線連接，接地電阻應(yīng)盡可能小，以限制接地端地電位升高，減小危險(xiǎn)性，避免變壓器高壓側(cè)閃絡(luò)，最好小于或等于10 Q。測(cè)量接地電阻主要采用直流電流或50 Hz交流電流。若采用高頻(或含高頻成分的沖擊電流)，其值可能很高，因此要采用特殊的接地裝置來(lái)釋放沖擊電流。

需要仔細(xì)設(shè)計(jì)柱上變壓器的接地極，采用接地棒和接地網(wǎng)來(lái)降低接地電阻。應(yīng)參考相應(yīng)的接地規(guī)程。在變電站，如果避雷器的基礎(chǔ)和被保護(hù)設(shè)備的基礎(chǔ)連在一起，則避雷器的接地引下線應(yīng)采用盡可能直，應(yīng)避免彎曲的導(dǎo)線與主接地網(wǎng)連接。

4.4 配電變壓器低壓

側(cè)過電壓通常認(rèn)為雷電擊中配電線時(shí)，雷電放電電流會(huì)通過變壓器原邊避雷器的接地引下線。當(dāng)用戶的接地與市政供水管線或深井連在一起時(shí)，它們提供的接地可能比變壓器處的接地較好，因?yàn)樽儔浩髟?、副邊的接地在電桿上是連在一起的，雷電流可以選擇最好的路徑人地。如果發(fā)生這種情況，則無(wú)論是雷擊于變壓器原邊相線還是中性線，均可以輕易造成絕大部分雷電流流過用戶的供電中性線。

當(dāng)雷電流經(jīng)由較遠(yuǎn)的用戶供電電纜中性線接地點(diǎn)而非經(jīng)較近的變壓器下的接地引下線接地點(diǎn)時(shí)，變壓器低壓側(cè)會(huì)產(chǎn)生過電壓。如果與雷擊點(diǎn)遠(yuǎn)處的電纜一端接地比電纜近端接地好的話，則過電壓電流會(huì)流過電纜中性線，那么電纜兩端無(wú)論哪一邊遭遇雷擊都一樣。由于雷電流流經(jīng)電纜，沿電纜則會(huì)產(chǎn)生電阻和電感的電壓降，電纜電路回環(huán)中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

當(dāng)回環(huán)短路時(shí)，回環(huán)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電流，電流回路上就會(huì)存在壓降，這就是低壓側(cè)過電壓的起源。如果負(fù)荷側(cè)開路，則在開路端子上很容易產(chǎn)生超過10 kV的過電壓;如果負(fù)荷側(cè)短接，可能由于存在某種類型電壓保護(hù)裝置的原因，回環(huán)內(nèi)部分電壓則疊加在變壓器的二次側(cè)。這可能會(huì)在變壓器的一次側(cè)感應(yīng)出具有破壞性電壓。因?yàn)檫^電壓無(wú)論發(fā)生電纜哪一端，都會(huì)反過來(lái)影響電纜的另一端，因此，如果要提供過電壓保護(hù)的話，則電路兩端均應(yīng)有保護(hù)，這一點(diǎn)很重要。

若配電系統(tǒng)的接地比負(fù)荷側(cè)接地好，當(dāng)變壓器二次側(cè)遭遇雷擊時(shí)，電流則會(huì)反過來(lái)經(jīng)供電電纜而引入配電系統(tǒng)。因此，變壓器低壓側(cè)過電壓?jiǎn)栴}并非僅限于架空配電系統(tǒng)，在地下配電系統(tǒng)中也很普遍，雷電無(wú)需擊中電氣結(jié)構(gòu)才可進(jìn)入供電電纜。負(fù)荷側(cè)對(duì)地雷擊時(shí)，雷電流都可能尋找到最佳人地路徑進(jìn)入供電電纜。

4.5 配電線路避雷器配電線路因雷擊而引起的單相接地故障所占比例最高，配電網(wǎng)一般為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，允許帶單相接地故障運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，所以配電線路通常不需特意用避雷器加以保護(hù)。但如果因雷擊而引起的單相接地故障以及因此而引起的兩相短路過多、跳閘率過高時(shí)，可用避雷器加以保護(hù)。線路避雷器的安裝位置應(yīng)選在線路的易擊段、易擊點(diǎn)和易擊相。

無(wú)間隙避雷器適當(dāng)配合脫離器是必要的。當(dāng)避雷器過負(fù)荷時(shí)，脫離器將線路用避雷器與線路隔離，其電氣特性通常有別于一般的配電網(wǎng)避雷器的脫離器，因?yàn)?，?dāng)脫離器不脫離時(shí)，動(dòng)作負(fù)載比較重，而且還必須保證在其脫離之后，絕不允許避雷器任何部件(在風(fēng)中搖擺)對(duì)地閃絡(luò)。一方面地線必須足夠長(zhǎng)，以允許避雷器因風(fēng)力而擺動(dòng);另一方面，地線應(yīng)盡可能短，以減少電流環(huán)和快波前過電壓下的電感壓降。

有外串間隙避雷器可以采用故障指示器。當(dāng)避雷器過負(fù)荷時(shí)，故障指示器應(yīng)有顏色鮮明的指示 。

線路避雷器電氣過負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)率和隨后由于雷電的過度能量和電荷量引起的故障可能高于電站避雷器。原因是變電站有屏蔽，可以避免高幅值直擊雷。

4.6 避雷器故障模式

配電網(wǎng)避雷器功能失效或故障的原因主要有3個(gè)方面。

4.6.1 功能元件失效

功能元件失效主要是ZnO電阻片的失效[1 ，其表現(xiàn)有：在長(zhǎng)期工作電壓下的老化、漏流增大、參考電壓降低以及過電壓特別是雷電過電壓下的閃絡(luò)或擊穿。雷電過電壓下的閃絡(luò)或擊穿是廣東地區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)避雷器故障記錄中的最大原因。

4.6.2 密封失效

密封件/墊片隨著時(shí)間的推移可能會(huì)變得脆弱，導(dǎo)致水分浸入，引起而內(nèi)部漏電起痕，介質(zhì)擊穿和內(nèi)部短路。密封失效是避雷器一直關(guān)注的問題。

4.6.3 避雷器安裝處污穢增大

空心筒式結(jié)構(gòu)避雷器(瓷套式和復(fù)合外套A型)對(duì)污穢比較敏感，避雷器故障可能因污穢增大而引起，新的污染源可能是1個(gè)新工廠、公路或鐵路線。

5 結(jié)論

配電網(wǎng)避雷器對(duì)配電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備起著重要的保護(hù)作用，但由于其種類多、質(zhì)量參差不齊、安裝方式多種多樣，造成其故障多，管理難度大。為此，分析與總結(jié)如下：

a)介紹了配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)、分類、基本特性以及配電網(wǎng)避雷器安裝使用的一般原則和注意事項(xiàng);

b)確定了選擇配電網(wǎng)避雷器的一般程序和性能要求;

c)提出配電網(wǎng)避雷器的使用要求及運(yùn)行管理要求。

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