金属氧化物避雷器

金属氧化物避雷器

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金属氧化物避雷器损坏原因

为保护电力设施免受雷电过电压和系统过电压的冲击，普

遍安装使用了金属氧化物避雷器。特别是在10kV配电网中普遍采纳

了无间隙金属氧化物避雷器，随着运行时间的推移，在10kV配电网

中因金属氧化物避雷器损坏引起的线路跳闸、接地事故常常发生，严

重影响了10kV配电网的安全运行。

1损坏原因分析

综合无间隙金属氧化物避雷器的损坏状况看，质量好的损

坏较少，而质量差的损坏较多；在晴天损坏较少，在雷雨天损坏较多；

在无操作时损坏较少，在有操作时损坏较多；在正常运行中损坏较少，

在异常运行时损坏较多。

1.1受潮

金属氧化物避雷器是由硅橡胶作为避雷器的封壳，硅橡胶

套封壳质量低劣，主要是小厂假冒伪劣产品，生产厂采纳的技术不完

善，或采纳的密封材料抗老化性能不稳定，在温差变化较大或运行时

间接近产品寿命后期，造成其密封不良。避雷器的两端加工粗糙、使

潮气或水分浸入，造成内部绝缘损坏，加速了电阻片的劣化而引起损

坏。从事故后避雷器残骸可以看出，阀片没有通流痕迹，阀片两端喷

铝面没有发现大电流通过后的放电斑痕。而在硅橡胶套内壁或阀片侧

面却有显然的闪络痕迹，在金属附件上有锈斑或锌白，这就是金属氧

化物避雷器受潮的影响。

1.2额定电压和继续运行电压取值偏低

金属氧化物避雷器的额定电压是说明其运行特性的一个重

要参数，也是一种耐受工频电压的能力指标。金属氧化物避雷器的阀

片耐受工频电压的能力是与运行电压的继续时间密切相关。继续运行

电压也是金属氧化物避雷器的重要特性参数，该参数的选择，对金属

氧化物避雷器的可靠性有很大影响。在运行中同意持久地施加在避雷

器端子上的工频电压有效值，它覆盖电力系统运行中可能继续地施加

在金属氧化物避雷器上的工频电压最高值。

1.3电网电压波动

配电网的电压波动范围很宽，对金属氧化物避雷器，如要

求在稳定状态下汲取大量能量，就可能造成热崩溃。用无间隙金属氧

化物避雷器时，必须满足系统工作电压波动范围。否则，由于稳态电

压过高，损坏的不是一只避雷器，而会同时损坏许多只避雷器。

1.4老化问题

无间隙金属氧化物避雷器阀片的均一性差，使电位分布不

均匀，运行一段时间后，部分阀片首先劣化，造成避雷器参照电压下

降，阻性电流和功率损耗增加。由于电网电压不变，则金属氧化物避

雷器内其余正常的阀片因荷电率〔荷电率为金属氧化物避雷器最大运

行相电压的峰值与其直流参照电压或工频参照电压峰值之比〕增高，

负担加重，导致老化速度加快，并形成恶性循环，最终导致该金属氧

化物避雷器发热崩溃。避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因

素。氧化物避雷器运行在其产品寿命的后期，阀片劣化造成泄漏电流

上升，甚至造成内部放电，放电严重时避雷器内部气体压力和温度急

剧增高，引起氧化物避雷器本体击穿，内部放电不太严重时，可引起

系统单相接地。

1.5谐波

冶金企业大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧

钢生产的冲击负荷等对电网有较大的影响，使电网上的高次谐波值严

重超标。由于阀片的非线性，在正弦电压作用下，还有一系列的高次

谐波，而在高次谐波作用下，就更加速了阀片的劣化速度。

1.6抗冲击能力差

氧化物避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故，其

原因是因阀片在制造过程中，由于其各工艺质量控制点控制不严，而

使阀片的耐受冲击电压能力不强，在频繁汲取过电压能量过程中，加

速了阀片的劣化而损坏。当电网中发生断线、接地或其它原因引起谐

振时，其幅值可达3倍相电压，可能导致金属氧化物避雷器损坏。

1.7金属氧化物避雷器的自身过电压防护能力差

关于能量有限的过电压，如雷电过电压和操作过电压，避

雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限〔有补充能源〕的过电

压，如暂态过电压〔工频过电压和谐振过电压的总称〕，其频率或为

工频的整数倍或分数倍形成暂态过电压，工频电源能自动补充过电压

能量，使避雷器泄流过电压幅值不衰减或弱衰减，暂态过电压如果进

入避雷器保护动作区，势必长时间反复动作直至热崩溃，因此暂态过

电压对无间隙金属氧化物避雷器有致命危害。

1.8接地电阻不合格造成反击

避雷器的接地体是泄放雷电流的唯一渠道，接地电阻过高

或接地装置不合格，当有雷电侵入时，雷电流通过避雷器经接地极向

大地泄放，由于接地电阻较高，不能放电，部分雷电流向避雷器或配

变等设备反向冲击，造成反击使避雷器损坏，有时甚至击毁配电变压

器。

1.9安装错误

无间隙金属氧化物避雷器由于体积小，伞裙不显然，再加

上各别电工技术水平不高，责任心不强，使避雷器方向装反，当有雨

水时使伞裙兜水，造成放电爬弧，久而久之，金属氧化物避雷器硅橡

胶外套因爬弧放电而损坏。笔者在对配变氧化物避雷器检查时，发现

有一部分是因伞裙装反，使硅橡胶外套有爬弧放电而报废。

2防止损坏的措施

2.1避雷器正确选型

避雷器选型主要难点是，确定暂态过电压的范围问题，既

要保证在较高的操作过电压及大气过电压下安全、可靠地动作，又要

保证在暂态过电压下阀片不动作。现阶段避雷器的选型和制定必须保

证2h单相接地时，出现的系统最高过电压，金属氧化物避雷器不动

作，否则氧化物避雷器会出现热崩溃事故。

制定上选型，应首选有多年稳定运行的产品，在选择生产

厂时，应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂，才能保

证所选用的金属氧化物避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能，以使在

产品的寿命周期内稳定运行。

选用串联间隙金属氧化物避雷器。无间隙金属氧化物避雷

器的阀片长期承受电网电压，工作条件严酷，拐点电压低，动作频度

大，还可能遭受暂态过电压危害和温度热损伤等原因，迅速加快阀片

老化，有的寿命比碳化硅避雷器还短。串联间隙金属氧化物避雷器的

间隙，可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压，时间极短，

在其它状况下，阀片关于电网电压，处于低电位状态〔复合间隙电阻

分压〕，大大改善阀片长期工作条件。串联间隙金属氧化物避雷器保

护动作，只泄放雷电流而无续流，动作负载轻，间隙不需具有灭弧及

切断续流能力，10kV金属氧化物避雷器仅一个间隙，动作特性可坚

持长期稳定运行。

2.2装设脱离器

为防止金属氧化物避雷器损坏时事故扩展，建议在每只避

雷器的下部安装脱离器，以使避雷器遭受异常电压作用时，能及时脱

离运行电网。避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大，运行中不易发

现，有可能长期带病运行，以致扩展事故，故有必要监测其运行工况。

金属氧化物避雷器附带脱离器，当其失效损坏时，脱离器自动动作〔30

mA时不大于8min〕退出运行，以免造成更大损失和事故，提升运行

安全可靠性。可减去定期给金属氧化物避雷器进行各项电气性能测试

或在线监测的麻烦。

2.3强化电网谐波的治理

强化电网谐波的治理力度，在有谐波源的线段增设动态无

功补偿或加装消谐装置，以使电网的高次谐波值，控制在国家标准同

意范围内。

2.4强化对金属氧化物避雷器管理

强化监测是保证金属氧化物雷器安全、可靠运行的重要措

施之一。金属氧化物避雷器在运行前须对避雷器进行检查和测试，将

检查测试结果记入技术档案。对运行在配电网上的每一只金属氧化物

避雷器都要建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测的

运行记录，均要存入技术档案，作为定期检查的参照，直至该避雷器

退出运行。

强化对电工的业务技术培训，加强责任心，各单位对金属

氧化物避雷器的管理要设专〔兼〕职管理员，严格考核。

2.5接地电阻应符合规程要求

避雷器的接地体应合计长期经用，采纳φ16mm的热镀锌

圆钢，〔平原地区〕打入地下7～8m，100kVA及以上变压器，保证

接地电阻≤4Ω，100kVA以下变压器保证接地电阻≤10Ω，引线用

4mm×40mm热镀锌扁铁，各连接点的连接应牢固，每年在雷雨前要

进行专项检查、测试，发现问题及时处理。

3结束语

金属氧化物避雷器损坏的原因有雷电、系统暂态过电压、

受潮、本身故障、小厂生产的假冒伪劣产品等。但仍有一定比例损坏

的原因不明，因金属氧化物避雷器的劣化速度的离散性，及雷电、操

作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定着金属氧化物避雷器

的安全运行的可靠性，故需在今后的工作施行中去研究、实验、探究

和总结，使运行中的不安全因素得以预防和完善。