國內外氧化鋅避雷器的前身與發展 _知識百科

避雷器(lightningarrester ;surgearrester) - -種能釋放過電壓能量限制過電壓幅值
的保護設備。使用時將避雷器安裝在被保護設備附近，與被保護設備并聯。在正常情況下避
雷器不導通(最多只流過微安級的泄漏電流) 。當作用在避雷器上的電壓達到避雷器的動作
電壓時，避雷器導通，通過大電流，釋放過電壓能量并將過電壓限制在一定水平，以保護設備的絕緣。在釋放過電壓能量后，避雷器恢復到原狀態。避雷器分為保護間隙、擊穿保險器、管式避雷器、閥式避雷器等多種型式。
國際、國內避雷器的發展經歷了三個階段:碳化硅閥式避雷器(簡稱SICA)、氧化鋅電瓷避雷器(簡稱MOA)、合成絕緣氧化鋅避雷器(簡稱CMOA) 。 MOA相對于SICA而言，無機元件氧化鋅電阻片取代了碳化硅電阻片，產品芯體性能有了質的飛躍: CMOA 相對于MOA,由于新型有機材料的發現，產品外殼材料的性能又有了一一次質的飛躍，內外性能質的飛躍，加上內外部分的科學粘接，最終保證了整個產品全性能的質的飛躍。可以預計，在今后相當長的時間內除非有新的技術突破， CMOA 將是最新型、最可靠的避雷器。
1回顧與分析
1. 1氧化鋅電瓷避雷器
自80年代中期西瓷所、西瓷廠、撫瓷廠聯合引進了具有世界先進水平的日本日立公司的MOA制造技術后，國內MOA的生產質量有了長足的發展。由于MOA的芯體一氧化鋅電阻片具有非線性好，能量密度大的特點， MOA 不僅能做成有間隙，而且可以做成無間隙(SICA只能做成有間隙) 。無聞隙MOA除具有非線性好，能量密度大的特點外，還具有結構簡單、響應時間快、無續流的特點，能保證強電設施在雷電過電壓或操作過電壓破壞其絕緣性能之前對其行使保護。有間隱MIOA因其間隙的時滯效應，其間隙距離與其保護特性有相互配合的問題，相較而言，無問際MOA運用更簡單、可靠。然而無間隙MOA由于沒有間隙，內部的氧化鋅電阻片須長期承受工作電壓，相應參數選擇應做適當調整。 80 年代中期， 10kV 配電系統的無間隙MOA由于參數選擇沒及時作出調整，加上當時氧化鋅電阻片能承受的最大荷電率偏低，只能達到50左右，致使當時無間隙MOA事故率較高。通過調整相應參數，并改善氧化鋅電阻片的配方及工藝后,使得氧化鋅電阻片能承受的最大荷電率提高到85左右，從而使無間陽MOA的事故率降到了正常水平。
1.2合成絕緣氧化鋅避雷器
無間隙MOA相對于SICA，具有通流容量大，響應時間快，保護可靠等優點。但它們共同的弱點是瓷外套，只能兩端密封，且內部有氣隙，批量生產時難以可靠的密封。據行業統計，正常情況下，瓷外套避雷器損壞的原因80以上是因為自身密封不好潮氣浸入所致。 1992年，人們將有機合成絕緣的現代絕緣技術應用于MOA，研制出了新型的CMOA. CMOA 除具有無間隙MOA的優點外，還有如下優點:
【國內外氧化鋅避雷器的前身與發展】防潮:使用了特殊的材料灌封或整體模壓工藝，內部無氣隙，潮氣無法侵入。
防爆:即使遭受直接雷擊，有機外套也不會爆炸危及周圍的人、物，最多只是局部開裂。
防污自潔:有機外套具有“憎水性”，不易積垢，即使積垢后，污垢也隨之具有“憎水性”，大大提高污閃電壓，絕緣性能更好。
它還具有體積小，重量輕，運輸不破損，不生銹，安裝預試非常方便等優點。由于產品保護強電設施的可靠性及自身的可靠性高， CMOA可加大預防性試驗時間間隔。
CMOA的研制自1992年以來，經歷了三個階段的改進。
第一階段: 傘裙單個制作，然后粘接成整個外套，最后在定位的外套與氧化鋅電阻片之間灌入特殊材料而制成(灌封型) 。
第二階段:多個傘裙- -- 次制作而成，克服了大量生產時單個傘裙粘接不牢的質量問題(灌封型) 。
第三階段:將有機合成絕緣材料直接模壓在氧化鋅電阻片芯體的外圍，使之渾然一體。它克服了第一、第二階段工藝粘接不牢或因3層材料(有機合成絕緣外套層、特殊灌封材料中間層、氧化鋅電阻片最內層)熱膨脹系數不同而長期使用時可能出現兩界面相對滑動而潮氣浸入的可能性(整體模壓型) 。
1. 3氧化鋅電阻片
目前國內Zn0電阻片生產廠家約200家，其配方、生產工藝改進過程大致如下:
生產工藝改進過程時期配方邊釉主要
工藝80年代中后期至90年代初期無銀玻璃料有機環氧邊釉排膠、高溫燒成，兩條隧道窯
90年代初、中期加入銀玻璃料有機環氧邊釉排膠、高溫燒成、熱處理，三條隧道窯
近3年加入銀玻璃料無機高阻層等排膠、預燒、高溫燒成、熱處理，四條隧道窯

配方內如不加入銀玻璃料進行熱處理,則制成的Zn0電阻片能承受的最高荷電率只能達到50左右，加入后，其荷電率可提高到85，電阻片能承受更高的非正常電壓且穩定性更好。
有機環氧邊釉的Zn0電阻片，由于有機環氧邊釉只能耐溫約80C，更高溫度下會碳化。因此其電阻片只能用來制造MOA或灌封型CMOA,而CMOA國內先進且成熟的制造工藝是整體模壓工藝，溫度約為150'C，而Zn0電阻片的有機環氧邊釉是不能承受的。

經多年的共同努力后，近3年終于找到了穩定可靠的無機高阻層與防潮絕緣漆配合使用的邊
釉，該邊釉完全能滿足CMOA整體模壓工藝的電性能、機械性能、耐溫性能的要求。
常見故障及原因
(1) 灌封型CMOA 在放一段時間后， lmA下的電壓下降，漏電流I1增大，其原因可能性有兩方面:其一，潮氣侵入:其二， Zn0 電阻片邊釉不穩定。
(2)模壓型CMOA存放- -段時間， ImA 下的電壓下降，漏電流I1增大，原因是電阻片邊釉與整體模壓工藝配合不當。
(3) CMOA 運行一段時間后， 1mA 下的電壓下降， I1增大，甚至無過電壓條件下被擊穿。原因可能性有:其一，潮氣侵入;其二， Zn0 電阻片邊釉不穩定:其三，電阻片邊釉與整體模壓工藝配合不當;其四，灌封材料或加固用高分子材料的絕緣性能劣化;其五， Zn0電阻片荷電率偏低且不穩定，運行后，電阻片劣化。

選用運行保護可靠的CMOA
按國內目前制造CMOA所能具備的生產條件、檢測手段、配方的科學性及工藝的成熟性而言，國內生產的CMOA應能達到國際同類產品90年代水平，完全能可靠保護強電設施安全運行。但實現上述目標必須達到下列要求。
(1) Zn0電阻片荷電率必須達到80以上。
(2) Zn0 電阻片邊釉由無機高阻層與防潮絕緣漆構成，或是更新經驗證可靠的絕緣材料。
(3) Zn0 電阻片除達到GB11032- -89外， 2ms 方波必須經過逐片篩選，大電流沖擊值必須提高。
(4)科學的橡膠配合及工藝。
(5)采用科學的整體模壓工藝。
(6)加固用高分子材料，電性能、耐熱性能、機械性能必須全面滿足整體模壓工藝要求。
(7) 擁有一流的專業技術人才及管理人才。
4 結論
(1)CMOA是國際國內最新型避雷器。
(2)整體模壓工藝是目前國內制造CMOA科學且成熟的工藝。
(3)CMIOA能可靠保護強電設施安全運行，且自身能長期可靠運行。
(4)國內Zn0電阻片生產廠約有200家，能達到國際90年代水平廠家約10家。
(5)國.內CMOA制造廠家約有270家，其中工藝先進、質量優異的廠家約有10余家。避雷器參數定義
1、標稱電壓Un: 被保護系統的額定電壓相符，在信息技術系統中此參數表明了應該選用的保護器的類型，它標出交流或直流電壓的有效值。
2、額定電壓Uc:能長久施加在保護器的指定端，而不引起保護器特性變化和激活保護元件的最大電壓有效值。
3、額定放電電流Isn:給保護器施加波形為8/20us的標準雷電波沖擊10次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。標稱放電電流(kA):用于劃分避雷器等級的放電電流峰值。 220kV 及以下系統不應超過5kA 。
4、最大放電電流Imax:給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。
5、電壓保護級別Up:保護器在下列測試中的最大值: 1KV/μs 斜率的跳火電壓:額定放電電流的殘壓。
6、響應時間tA:主要反應在保護器里的特殊保護元件的動作靈敏度、擊穿時間，在一定時間內變化取決于du/dt或di/dt的斜率。
7、數據傳輸速率Vs: 表示在- 秒內傳輸多少比特值，單位: bps; 是數據傳輸系統中正確選用防雷器的參考值，防雷保護器的數據傳輸速率取決于系統的傳輸方式。
8、插入損耗Ae:在給定頻率下保護器插入前和插入后的電壓比率。
9、回波損耗Ar:表示前沿波在保護設備(反射點)被反射的比例，是直接衡量保護設備同系統阻抗是否兼容的參數。
10、最大縱向放電電流:指每線對地施加波形為8/20us的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。
11、最大橫向放電電流:指線與線之間施加波形為8/20us的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。
12、在線阻抗:指在標稱電壓Un' 下流經保護器的回路阻抗和感抗的和。通常稱為“系統阻抗”
13、峰值放電電流:分兩種:額定放電電流Isn和最大放電電流Imax.
14、漏電流:指在75或80標稱電壓Un下流經保護器的直流電流。

金屬氧化物避雷器泄漏電流現場測試分析
金屬氧化物避雷器(下文簡稱MOA)以其優異的技術性能逐漸取代了其它類型的避雷器，成為電力系統的換代保護設備。由于MOA沒有放電間隙，氧化鋅電阻片長期承受運行電壓，并有泄漏電流不斷流過MOA各個串聯電阻片,這個電流的大小取決于MOA熱穩定和電阻片的老化程度。如果MOA在動作負載下發生劣化，將會使正常對地絕緣水平降低，泄漏電流增大，直至成為MOA的擊穿損壞。所以監測運行中MOA的工作情況,正確判斷其質量狀況是非常必要的。

近年來，金屬氧化物避雷器(下文簡稱MOA)以其優異的技術性能逐漸取代了其它類型的避雷器，成為電力系統的換代保護設備。由于MOA沒有放電間隙，氧化鋅電阻片長期承受運行電壓，并有泄漏電流不斷流過MOA各個串聯電阻片，這個電流的大小取決于MOA熱穩定和電阻片的老化程度。如果MIOA在動作負載下發生劣化，將會使正常對地絕緣水平降低，泄漏電流增大，直至發展成為MOA的擊穿損壞。所以監測運行中MOA的工作情況，正確判斷其質量狀況是非常必要的。 MOA的質量如果存在，那么通過MOA電阻片的泄漏電流將逐漸增大,因此我們可以把測量MOA的泄漏電流作為監測MOA質量狀況的一種重要手段。
1.泄漏電流測量儀器原理
常見的MOA泄漏電流測量儀器按其工作原理分為兩種:容性電流補償法和諧波法。
1.1容性電流補償法
容性電流補償法是以去掉與母線電壓成π/2相位差的電流分量作為去掉容性電流，從而獲得阻性電流的。
1.2諧波分析法
諧波分析法是采用數字化測量和諧波分析技術，從泄漏電流中分離出阻性電流基波值。

2泄漏電流測試方法
2.1在線監測
近年來，有部分單位或生產廠家推出了在線監測系統或在線監測儀器，可以不間斷地監測MOA的泄漏總電流或阻性電流，發現泄漏電流有增大趨勢時，再做帶電檢測或停電做直流
試驗，也收到了良好的效果。
2.2定期帶電檢測
MOA的定期檢測是指在不停電情況下定期測量避雷器的泄漏電流或功率損耗，然后根據測試數據對避雷器的運行狀況作出分析判斷,對隱患作到早發現早處理,確保電網安全運行。

3 MOA 泄漏電流測試結果的幾種因素分析
3.1MOA兩端電壓中諧波含量的影響
實測證明，諧波電壓是從幅值和相位兩個方面來影響MOA阻性電流Iur的測量值，諧波狀況不同，可能使測得的結果相差很大。而阻性電流基波峰值Inr則基本不受諧波成份影響，因此建議現場測試判定MOA的質量狀況時應以阻性電流基波峰值Iur為準。根據諧波法原理生產的泄漏電流測量儀，由于它對MOA兩端電壓波形要求較高，電壓中所含諧波對測量結果影響很大，如三次諧波量超過0.5%就可能使測量結果出現很大的誤差，因此，在電壓波形畸變、三次諧波含量較大的情況下，諧波法只能局限于同一產品同一試驗條件下的縱向比較。
3.2 MOA 兩端電壓波動的影響
由于電力系統的運行情況是不斷變化的,特別是系統電壓的變化對MOA的泄漏電流值影響很大。根據實測數值分析， MOA兩端電壓由相電壓(63kV)向上波動5%時，其阻性電流一般
增加13%左右。因此在對MOA泄漏電流進行橫向或縱向比較時,應詳細記錄MOA兩端電壓值,據此正確判定MOA的質量狀況。
3.3 M0A 外表面污穢的影響
MOA外表面的污穢，除了對電阻片柱的電壓分布的影響而使其內部泄漏電流增加外，其外表面泄漏電流對測試精度的影響也不能忽視。污穢程度不同，環境溫度不同，其外表面的泄漏電流對MOA的阻性電流的測量影響也不一樣。由于MOA的阻性電流較小，因此即使較小的外表面泄漏電流也會給測試結果帶來誤差。
3.4溫度對MOA泄漏電流的影響
由于MOA的氧化鋅電阻片在小電流區域具有負的溫度系數及MOA內部空間較小,散熱條件較差，加之有功損耗產生的熱量會使電阻片的溫度高于環境溫度。這些都會使MOA的阻性電流增大，電阻片在持續運行電壓下從+20"C ~+60C，阻性電流增加79%，而實際運行中的
MOA電阻片溫度變化范圍是比較大的，阻性電流的變化范圍也很大。
3.5濕度對測試結果的影響
濕度比較大的情況下， -方面會使MOA瓷套的泄漏電流增大，同時也會使芯體電流明顯增大，尤其是雨雪天氣， MOA 芯體電流能增大1倍左右，瓷套電流會成幾十倍增加。 MOA泄漏電流的增大是由于MOA存在自身電容和對地電容， MIOA 的芯體對瓷套、法蘭、導線都有電容，當濕度變化時，瓷套表面的物理狀態發生變化，瓷套表面和MOA內部閥片的電位分布也發生變化，泄漏電流也隨之變化。
3.6運行中三相MOA的相互影響
由于運行中呈--字形排列的三相MOA，相鄰相通過雜散電容等的影響，使得兩邊相MOA底部的總電流相位發生變化，其值與M0A的安裝位置有關， MOA 相間距離越近，影響越大，一般兩邊相MOA底部總電流相位變化3°左右，在運行電壓下， MOA底部總電流的相角每變化1°，則阻性電流基波數值變化15%左右。這使得測量結果顯示出如下:電壓與電流夾角φσ<φr<φc，阻性電流Im>Im>Im 。在實測中，應考慮這因素的影響。
3.7測試點電磁場對測試結果的影響
測試點電磁場較強時，會影響到電壓U與總電流Ix的夾角，從而會使測得的阻性電流峰值數據不真實，給測試人員正確判斷MOA的質量狀況帶來不利影響。

4 氧化鋅避雷器質量狀況的判斷
4.1參照標準法
由于每個廠家的閥片配方和裝配工藝不同,所以MOA的泄漏電流和阻性電流標準也不一樣，測試時可以根據廠家提供的標準來進行測試。若全電流或阻性電流基波值超標，則可初步判定MOA存在質量，然后需停電做直流試驗，根據直流測試數據作出最終判斷。
4.2橫向比較法
同一廠家、同-批次的產品， MOA各參數應大致相同，如果全電流或者阻性電流差別較
大，即使參數不超標， MOA 也可能有異常。
4.3縱向比較法
對同-產品，在同樣的環境條件下，不同時間測得的數據可以作縱向比較，發現全電流或阻性電流有明顯增大趨勢時，應縮短檢測周期或停電作直流試驗，以確保安全。
4.4綜合法
在實際運行中，有的MOA存在劣化現象但并不太明顯時，從測得的數據不能直觀地判斷出MOA的質量狀況。根據我們多年現場測試經驗，出對MOA測試數據進行綜合分析的方法，即一看全電流，二看阻性電流，三看諧波含量，再看夾角，對各項參數作系統分析后，判定出MOA的運行情況。

5結論與建議
(1)對新投運的110kV以上MOA,在投運初期，應每月帶電測量一次MOA在運行電壓下的泄漏電流，三個月后改為半年一次。有條件的盡可能安裝在線監測儀，以便在巡視時觀察運行狀況，防止泄漏電流的增大。
(2)不同生產廠家，對同一電壓等級的MOA在同一運行電壓下測得的泄漏電流值差別很大，不泄漏電流的絕對值作為判定MOA質量狀況的依據，而應與前幾次測得的數據作縱向比較，三相之間作橫向比較。
(3)電壓升高、溫度升高、濕度增大，污穢嚴重都會引起MOA總電流、阻性電流和功率損耗的增大，這是應該注意的。
(4)諧波含量偏大時，會使測得的阻性電流峰值Ium數據不真實，而阻性電流基波Inr值是一個比較穩定的值，因此在諧波含量比較大時，應以測得的Iir值為準。
(5)建議測量MOA阻性電流的單位，應根據現場和儀器的條件，加強對測試精度的因素進行分析，正確判斷MOA運行狀況，提高運行可靠性。
(6)在帶電測試時，對發現異常的MOA，在排除各種因素的干擾后，仍存在問題，建議停電作直流試驗，測取直流電壓及75%直流參考電壓下的泄漏電流，以確診MOA是否質量合格。確認MOA存在質量問題，應及時與制造廠聯系，以便妥善處理。