一．关于氧化锌避雷器的国内外研讨发展

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、高压及超高压范畴的应用日益广泛。近年来又不断呈现新的特色。

1.2氧化锌避雷器在国外发展

1.2.1日本:最早研讨与开发，发展较快又具特色。日本在避雷器开发方面具有以下几点:

1)高梯度电阻片的开发

首先研讨开宣布高梯度电阻片为上世纪九十年代中期。其梯度为400V/mm约是一般电阻片的两倍，近年来研讨已达600V/mm。这种高梯度电阻片，开端首要用于金属封闭避雷器和油浸避雷器中，随后用于所有的避雷器产品。第一台运用高梯度电阻片的154kV金属关闭避雷器运转已超越六年，到目前采用高梯度电阻片的避雷器业已超越5000相，运转状况正常。

2)线路避雷器的开发

据了解，在日本输电线路中发生的故障超过半数是因为雷击造成的。为了降低雷电灾害，采取了多种对策，如降低接地电阻、架设维护线、维护角减小等等。利用金属氧化物避雷器维护线路。于1980年开端，用在66kV和77kV系统目前已展开至500kV线路。线路避雷器绝大部分有空隙，电压等级集中在66kV和77kV体系。

近几年的发展中看出，66-154kV线路安装依然较多，产品是小型化后的轻便型，便于安装，也减低了成本。铁塔单方向全装的状况为多，这种紧凑结构的轻便线路避雷器值得咱们研讨、借鉴。经过计数器来计算产生故障的状况调查了1903处杆塔、装置线路避雷器后，证明有97%的维护效果;另外调查到53起装置了线路避雷器依然产生闪络的状况，标明是避雷器的串联空隙与绝缘子装置的维护空隙绝缘协作不稳定。其间，还有一起避雷器损坏事故。经过13处杆塔20相避雷器的调查66kV线路1999年到2001年3年的比照，未装置避雷器两条线路产生闪络12起，而装置避雷器两条线路只产生闪络5起，其间一条线路未产生闪络。

1.2.2俄罗斯:世界上具有最高电压等级的国家，1150kV线路于I977年初试运转。俄罗斯一方面是利用复合金属氧化锌避雷器及复合绝缘子的特色，展开了紧凑型线路方面的研讨。再者其电阻片制造技能较一般，氧化锌避雷器均采用电阻片并联，其对电阻片并联、避雷器电位散布及污秽功能等都很有研讨。也正是因为后者，为我国制造商供给了不少商机。

1.2.3英国:由Tyco公司开发了系列多柱(四柱)并联的避雷器。

英国这种并联氧化锌避雷器具有一系列一般单柱或多柱所不具有的电气和机械功能，其共同的几许一体化结构带来得均压作用，不需要象往常的避雷器那样专门考虑用均压环来调整电位散布。

超越10年在高压/超高压系统稳定的运转资历，证明了该系列并联避雷器的规划思路是可行的。虽然，其与常规的，包含IEC所推荐的思路有显着的不同。该产品与瓷套型以及非一体化的复合外套氧化锌避雷器之间。以两种不同的方法或角度，电场散布十分挨近。热等效模型实验证明其内部的容性和阻性电流也有显着的优势。经长时间运转实践的检测，成果显示电阻片也没有老化的状况。从英国所作的工作来看，对于我国将来发展开发特高压避雷器仍是具有参考含义的。

1.2.4其他国家和地区概况

德国(siemens)、瑞士(ABB)、芬兰等国家及公司进行了复合外套避雷器长时间功能研讨和探讨:包含避雷器的污秽功能、外绝缘的长时间功能、密封功能等，也包含5000h的循环实验。

瑞典(ABB)与荷兰.(KEMA)对复合外套避雷器的短路实验进行了研讨，分析了短路电流预期故障形式。实验中试品的预处理，实验条件及实验方法等，对IEC标准主张的短路实验也进行了分析，并提出了相应的主张。

1.3国内展开动态

国内专注氧化锌压敏特性开发研究也是在上世纪六十年代晚期，七十年代进行了大量的科研基础作业，至八十年代晚期前后两次“两部”避雷器运转调查，金属氧化物避雷器全面取代碳化硅避雷器已成定局。金属氧化物避雷器经两部鉴定为八十年代中期世界先进水平。之后，国内氧化锌避雷器制造业迅猛发展，可以用漫山遍野来描述。国内产品彻底占领了国内市场，一部分优秀企业甚至走向了世界。九十年代中后期，线路避雷器快速展开。1997年第一台500kV线路氧化锌避雷器挂网运转(国内第一台220kV线路避雷器于1986年用于镇江大跨距过江铁塔瓷套型始装于铁塔的一个平台上)。现在，750kV氧化锌避雷器投入运转。

当然，我们还有一些不成熟的地方:

1)在电阻片研讨方面尽管作了多年的作业，目前来看效果不太显着特别是在高梯度研讨方面。虽然前途光明但有发展缓慢无显着突破;

2)国内的无序竞争，职业监管束手无策，加之外资的涌入，仅有的出路只有靠与国际接轨，积极迎战国际竞争;

3)在线路避雷器开发方面，对线路的雷电过电压研讨方面不行深化，对线路避雷器的额定值的选取、避雷器能量吸收等的确认有待研讨，对一些参数的不适当可能会使避雷器太粗笨，不利于实际安装运用、影响推广。这方面可多参阅日本和俄罗斯的研讨作业，进一步再发展一些基础研讨，增强线路避雷器开发、运转的效果。

4)关于复合外套氧化锌避雷器，其长时间功能应是我们比较关注的问题。例如我国自然条件杂乱:南方有台风，北方有沙尘暴。因而，国内涵完善实验研讨条件，参阅IEC标准展开一些研讨作业(如5000h)的同时，主张积累职业的力量。在国内典型的地域比方高原、东南滨海，西北、东北、电气化铁道隧道等情况，树立长时间的自然老化、污秽站、对典型的复合外套避雷器绝缘子等展开研讨，这样就可以提高职业在国际上的威望。使国内的企业在国际上具有较强的竞争力。

 

基本原理和结构

1氧化锌避雷器作业原理

1.1避雷器的效果

避雷器的效果是限制过电压以保护电气设备。避雷器就是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即空隙设备，空隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运转电压下空隙处于隔离绝缘状况，在过电压下空隙被击穿接地，放电降压起到保护线路或设备绝缘的效果。

1.2氧化锌避雷器作业原理

 

氧化锌避雷器是世界公认的当代最先进防雷电器。其结构为将若干片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，能够泄放大量雷电流，残压很低，在电网运转电压下电阻很大，泄漏电流只要50—150uA，电流很小，可视为无工频续流，这就是能够做成无空隙氧化锌避雷器的原因。它对陡坡和雷电幅值同样有限压效果，防雷保护功能完全是其杰出长处。在我国先生产运用的正是无空隙氧化锌避雷器，运转实践标明，它有损坏爆炸率高，运用寿命短等缺陷。究其原因，暂态过电压承受能力差是其丧命弱点。而串联空隙氧化锌避雷器仍有无空隙氧化锌避雷器的保护功能长处，同时有暂态过电压承受能力强的特色，是一种抱负的扬长避短的产品，结合我国国情可在3—35kV系统串联空隙氧化锌避雷器。

1.3线路氧化锌避雷器防雷的基本原理

雷击杆塔时，一部分雷电流经过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流人大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。雷击杆塔时塔顶电位迅速进步，其电位值为Ut=iRd+Ldi/dt式中i—雷电流;Rd—冲击接地电阻;Ldi/dt—暂态重量。

当塔顶电位ut与导线上的感应电位U1的差值超越绝缘子串50%的放电电压(uso)时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut—U1>U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut—U1+Urn>U50。因而．线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是必定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时。进步输电线路耐雷水平往往是选用降低塔体的接地电阻。在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。

加装氧化锌避雷器今后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传人相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超越必定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应效果，将分别在导线和避雷线上发生耦合重量。

因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合效果将使导线电位进步，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络。因而，线路避雷器具有很好的钳电位效果，这也是线路避雷器进行防雷的显着特色。以往输电线路防雷主要选用降低塔体接地电阻的方法，在平原地带相对较简单，对于山区杆塔，则往往在4个塔脚部位选用较长的辐射地线或打深并加降阻剂。以添加地线与土壤的接触面积降低电阻率，在工频状态下接地电阻会有所下降。但遭受雷击时，因接地线过长会有较大的附加电感值，雷电过电压的暂态重量Ldi/dt会加在塔体电位上，使塔顶电位大大进步，更简单造成塔体与绝缘子串的闪络，反而使线路的耐雷水平下降，因为线路避雷器具有钳电位效果。对接地电阻要求不太严格，对山区线路防雷比较简单完成，实践证明加装线路避雷器对防雷效果是非常显着的。

2线路氧化锌避雷器的结构

现在的线路氧化锌避雷器分为无空隙带脱离器结构及带串联空隙结构两种。2.2.1无空隙带脱离器结构氧化锌避雷器

 

图2为无空隙带脱离器的结构。避雷器通过高压接线夹接在高压线上，下接脱离器，脱离器与地之间用软电缆衔接，避免脱离器受力，中间用接地绝缘子过渡固定，并接监测器。当避雷器产生毛病时，脱离器用来将避雷器与体系脱离，以防体系产生永久性毛病，并给出毛病避雷器的显着指示。正常运转状态下和电站型没有太大差别，受污秽影响较小，在正常运转中长期荷电，修理和监测工作量较大。

2.2带串联空隙结构氧化锌避雷器

 

分为纯空间空隙和复合绝缘子固定空隙两种，其结构如图3。复合绝缘子固定空隙结构即是把两个环状空隙用一段复合绝缘子固定，并与避雷器本体串联。长处是空隙与避雷器本体构成一个整体，可便利地以任何角度装置在不同杆塔上，维护和替换较为便利。避雷器本体与高压导线用空隙阻隔，正常运转中基本不荷电，阻性电流和功率损耗极小，避雷器电阻片不存在老化问题，有利于延长避雷器的寿数，装置、维护便利。纯空间空隙结构则补偿了无空隙避雷器正常运转中长时间荷电和复合绝缘子固定空隙结构受污秽影响较大的缺点，装置难度较大。

主要性能与特色

1氧化锌避雷器的主要性能

1.1氧化锌避雷器运转中出现的问题

据资料从氧化锌避雷器运转在110KV母线上发生的事故来看，均为氧化锌避雷器本体爆炸，其运转寿数最长达110个月。最短的仅有11个月，从运转时刻上、装置的环境、气候、及出产厂，对损坏的氧化锌避雷器进行技能剖析。形成氧化锌避雷器运转中爆炸的原因可归纳如下几项:

(1）氧化锌避雷器的密封问题:氧化锌避雷器密封老化问题，主要是出产厂采用的密封技能不完善，或选用的密封材料抗老化功能不安稳。在温差变化较大时或运转时刻接近产品寿数后期，形成其密封不良然后使潮气浸入，形成内部绝缘损坏，加速了电阻片的劣化而引起爆炸。

(2）电阻片抗老化性能差:在氧化锌避雷器运转在其产品寿数的后期，电阻片劣化形成走漏电流上升，甚至形成与瓷套内部放电，放电严峻时避雷器内部气体压力和温度急剧增高，而引起氧化锌避雷器本体爆炸，内部放电不太严峻时可引起体系单相接地。

1.2处理氧化锌避雷器运转问题的关键技能办法

针对氧化锌避雷器几次事故剖析的结论，要确保氧化锌避雷器在电网上安全牢靠运转，应采纳以下办法:

(1）规划选型

在规划选型上，应首选有多年安稳运转实践的产品，在挑选出产厂时，应挑选有先进的工艺设备和完善的检测手法的出产厂，才干确保所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击功能，以使在产品的寿数周期内安稳运转。

(2）防污方案

选用必要的避雷器瓷套的防污办法，如定时清扫或涂以防污闪硅油。在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。

(3）技术管理

加强对氧化锌避雷器的技能管理作业，即对运转在电网上的每一只氧化锌避雷器建立技能档案，对出厂陈述、定时测试陈述及在线监测仪的运转记录均要存人技能档案，直至该避雷器退出运转。据国外有关技能资料统计，氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压，受潮、污闪、系统条件、本身故障等，但仍有一定比例损坏的原因不详，故仍有其在运转中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运转环境等的随机性，都决定着氧化锌避雷器的安全运转的牢靠性，故需在今后的作业实践中去研究、实验、探索和总结，以使得其在运转中的不安全要素可得以预防和完善。

 

2氧化锌避雷器的特色

2.1氧化锌避雷器的优势

(1)具有彻底的防雷功能，即对雷电陡波和雷电幅值同样有限压防护效果。

(2)防雷保护效果不会形成电力网接地毛病或相间短路毛病。

(3)防雷维护效果不应有短路电流或工频续流等工频动力影响。

(4)动作特性应具有长时间运转安稳性，免受暂态过电压损害。

(5)具有接连雷电冲击维护能力。

(6)有较小的外形尺寸，小型化轻量化更便于室内手车柜使用。

(7)具有20年以上运行寿数。

(8)能顺便脱离器监察运转工况，当其失效时自动退出运转。

 

3.2.2

氧化锌避雷器缺点

氧化锌避雷器的损坏主要是会发生爆炸和容易老化。老化引起的损坏很少，而爆炸事故则时有发生，且发生率较高，严重的影响到了电网系统的供电。仅以1996年统计，运转35kv及以上的避雷器共1910相，预试中发现损坏的48相，运转中发生损坏的有15相，共发现损坏的避雷器63相(其中国产55相，进口8相)，损坏率为3.3%。发生爆炸事故的设备特色有:①既有大型主干厂出产的也有小厂出产的:②既有国产的也有进口;③既有发生在雷雨天，也有发生在晴天的;④既有发生在操作时，也有发生在无操作时的;⑤既有发生在中性点非直接接地体系的，也有发生在中性点直接接地体系的。

从各方面查询的剖析标明，氧化锌避雷器爆炸事故原因69%为制造质量问题。25%为运转不妥，6%为选型不妥而形成的。而保存不好导致内部受潮直接影响产品质量，是引起氧化锌避雷器爆炸事故的主要原因。

 

4展望

未来20年，国际范围内化石类矿物燃料仍为国际主要动力(约占80%)。围绕着以高效、节能、坏保为主题，进步动力利用功率，维护生态环境和开展适应各类现代技能市场需求的新式输变(配)电配备，都将是电力动力配备之一的高压电气设备的技能开展趋势。

我国电力设备将来会朝着一下方向发展:

*超特高压、大容量技能与配备研制超、特高压电气设备是现在电气设备制造业的迫切使命。*小型化、紧凑型设备经过产品优化规划、元件小型化、功能复合集成及新技能的应用等技术方法，使产品结构紧凑，体积缩小，完成产品小型化，节能、减材、低耗。一起，也减少了设备占地面积。

*环境适应性、协调和维护类设备环境维护问题已成为全社会普遍关注的问题，产品不只要能够稳定运转，还要同四周环境合作、协调一致，尽量减少或不对环境发生影响，包括空气污染、电磁污染和噪声污染等。

*高牢靠、少(免)维护设备高牢靠、少(免)维护是确保电力体系及其电气设备与人身安全，进步供电质量及功率的重要确保。

*智能化技能装置电气配备的智能化便是进行电器设备二次技能现代化。完成一、二次融合不只可对电气设备进行在线检测、运转状况监视、剖析判断、控制和维护，还可完成设备的智能(受控)操作等。不只要开发智能化单元，还要开发合适智能测控的开关设备，一起具有更高的操作牢靠性和特性精度。

*加强设备实验技能研究电气设备是确保电力体系安全运转至关重要的输变电设备。而电气设备本身的技能功能和产品质量牢靠性水平，只有经过对产品进行各类实验研究才干对其做出全面、科学的评价。

关于氧化锌非线性电阻片的发展，为了适应氧化锌避雷器超高电压、小型化、直流输电及安全化的需求，添加新的元素(如稀土元素)、优化工艺和配方、利用新的设备等来进步阀片的电位梯度、降低残压、进步通流容量及改善老化功能等。一起开发合适直流输电用的直流用氧化锌非线性电阻片和稀土元素系列阀片。

随着电力需求的迅速添加和电源太规模化及变电站的有效利用空间，一起为了处理由此发生的电力体系问题，氧化锌避雷器向大容量小型化、特高电压化、直流输电及稀土系列MOA方向开展。

特高电压输电在我国势在必行，我国已完成1000kV电压等级的特高压输电。因而，咱们可进行特高压MOA、直流MOA及高电位梯度高功能MOA阀片等研究作业，以满意国内电力体系的需求．缩小MOA技能与国际先进水平的差距。

随着科技的开展，避雷器定会向着运转安全牢靠、实验方法简单、动作准确率高的方向开展。