摘　要：分析了避雷器内部局部放电、内部受潮、表面污秽及热破坏等现象的特点，介绍了如何根据避雷器监测结果来分析避雷器存在的问题。

关键词：ZnO避雷器　局部放电　表面污秽　热破坏

Diagnosis Methods of Operation Conditions of ZnO Surge Arrsters

Abstract：The characteristics of internal partial discharge, moisturizing, surface pollution and thermal breakdown of ZnO surge arrsters 
were analyzed, and how to diagnosis these problems were introduced.

Key words：
surge arresters　ZnO　partial discharge　surface pollution　thermal breakdown

0  ZnO避雷器在线监测的意义

　　ZnO避雷器在运行中长期承受工作电压的作用，会出现ZnO阀片的老化现象，导致了阻性电流及避雷器功率损耗的增加。ZnO避雷器运行时间越长，老化的程度越严重。其内部受潮后泄漏电流将增加。为了及时发现避雷器的受潮、老化及其它隐患，国内外开展了对ZnO避雷器进行在线监测的研究工作［1～3］。在线监测避雷器可以在不停电的情况下随时了解ZnO避雷器运行性能，及时发现异常现象和事故隐患，关键是对检测结果作出正确判断，采取预防措施，防止事故扩大造成经济损失，保证其在良好的状态下运行。

1　内部阀片与外瓷套之间的局部放电现象

　　如图1(a)所示，正常情况时，内部阀片与外部瓷套之间的径向电位差较小。当ZnO避雷器外部瓷套受到污秽及潮气作用时，外部瓷套上的电位分布发生变化，特别是在避雷器上或下部存在干区时，电位分布将更不均匀，如图1(b)所示，内部阀片与外部瓷套间存在较大的径向电位差，该电位差接近避雷器的工作电压。当电位差较大时，可能发生径向的局部放电，产生脉冲电流，如果电流很大，会使阀片在电流聚集的地方温升过高被烧熔，损坏阀片，导致整个避雷器破坏。这种情况对避雷器危害很大，须及时处理，以保证避雷器的安全运行。如图2所示，当出现内部阀片与外部瓷套间的径向放电、产生脉冲电流现象时，阻性电流上会有脉冲电流尖峰出现。这种现象可作为出现径向局部放电的一个判据。 

图1　ZnO阀片与外部瓷套间的径向电位差 
 



图2　阻性电流波形

2　内部受潮现象

　　避雷器受潮的主要原因是呼吸作用。据初步计算，瓷套式ZnO避雷器内部空腔约占整个避雷器内空间的50%，在环境温度冷热循环变化下，内空气膨胀或收缩形成呼吸作用，使原来存在的微小漏孔可能扩大，潮气逐步侵入，导致避雷器出现故障。
　　特别值得注意的是，如果运行中的避雷器内部受潮，泄漏电流则增大，受潮严重时出现沿ZnO阀片柱表面和避雷器瓷套内壁表面的放电，引起避雷器爆炸。
　　图3为测量10 kV瓷套避雷器吸收水分前后电流的变化。图中曲线1和2为吸水前总泄漏电流和阻性电流随加压时间的变化曲线。在避雷器内部注入10 mL水后，将避雷器放置60天后测量得到的总泄漏电流和阻性电流随加压时间的变化见曲线3和4。可以看出，避雷器内部的ZnO阀片由于吸收了水分，其阻性电流和泄漏电流明显增加。 

图3　避雷器吸收水分前后电流的变化

      ZnO避雷器受潮时阻性电流增加，其特点是阻性电流的长期增加，不会因时间的增加而减小。检测泄漏电流阻性分量的变化，根据波形及阻性电流变化的幅度即可推断是否发生内部受潮现象及受潮的程度。

3　避雷器外套表面的污秽状况

　　当110 kV ZnO避雷器表面积污较严重时，因积污受潮而发生污闪，或出现表面泄漏电流增加等现象时，表面产生的泄漏电流将通过避雷器底部的入地线叠加在避雷器的总电流中，见图4(a)，可通过采取特殊措施将表面泄漏电流从总电流中排除。对于220 kV及以上电压等级的避雷器，如图4(b)所示，上节避雷器表面的泄漏电流一部分通过下节内部，很难将表面泄漏电流从避雷器内部阻性电流中排除。 

图4　表面泄漏电流流过避雷器内部阀片

      一般避雷器表面的污闪或泄漏电流的增加只是在一段时间内出现，过一段时间后将消失，表明污秽导致的阻性电流增加与内部受潮导致阻性电流长期增加有本质区别。因此监测避雷器的阻性电流时，如发现避雷器在一段时间内阻性电流增加，有可能是避雷器外套表面积污较严重，应及时清理。

4　热破坏现象

　　ZnO避雷器的热破坏是由于雷电或其它暂态过电压能量的注入，使避雷器瞬时的发热大于其散热能力，或由于受潮等引起ZnO阀片的阻性电流增加导致热破坏。在瓷套氧化锌避雷器内部，气隙的体积约占内部体积的50%，当避雷器在大幅值或多重雷冲击作用时，由于气隙的导热性能差，不能及时将吸收的冲击能量散出去，容易引起阀片的劣化或热破坏。
　　阀片由于吸收暂态能量或阻性电流增加而引起阀片温度升高时，在相同的荷电率作用下导致避雷器的功率损耗增加(见图5)。如图6所示，避雷器对应温度Ta、Tb和Tc的功率损耗曲线分布为Pa、Pb和Pc。在较小温度Ta时，功耗曲线Pa与避雷器外套的散热曲线Q有两个交点，二者间包围的面积较大，表明有较大的热稳定性能；温度增加到Tb，对应的功耗曲线Pb与Q包围的面积减小，热稳定能力降低；当温度升高到Tc时，对应的功耗曲线Pōc与Q间没有交点，表明避雷器出现热破坏现象。 

图5　ZnO阀片的功率损耗与施加的荷电率及温度间的关系 
 



图6　避雷器的热平衡图

      因此通过在线监测可实时监测避雷器的有功功率，如果有功功率不断增加到极限工作点的功率值，则应及时检查避雷器，防止出现热破坏。

5　结　论

　　a.当ZnO避雷器内部阀片与外部瓷套间存在较大的径向电位差时，可能发生径向的局部放电，产生脉冲电流，如果电流很大，会导致整个避雷器破坏。在阻性电流上有脉冲电流尖峰出现，可作为出现径向局部放电的一个判据。
　　b.ZnO避雷器受潮时阻性电流增加，这种增加不会随时间而减小。检测泄漏电流阻性分量的变化，根据波形及阻性电流变化的幅度可推断是否发生内部受潮现象及受潮程度。
　　c.表面泄漏电流为阻性电流，它的增加导致避雷器阻性电流的增加。一般避雷器表面的污闪或泄漏电流的增加只是在一段时间内出现，过一段时间后将消失。
　　d.ZnO避雷器的热破坏是由于雷电或其它暂态过电压能量的注入，使得避雷器瞬时的发热大于其散热能力，或由于受潮等引起ZnO阀片阻性电流的增加破坏热平衡，出现热平衡不可恢复的失调，导致热破坏。


参考文献：

［1］贺景亮等.氧化锌避雷器泄漏电流在线监测的试验研究.高压电器，1992，(3)：25
［2］王永勇等.用向量补偿测试氧化锌避雷器泄漏电流及其有功分量.高电压技术，1992，18(4)：31
［3］fritz D E. Polymer distribution arresters replace porcelain transmission and distribution, 1988,(3):36