金属氧化物避雷器的选型及泄漏电流测试分析

金属氧化物避雷器(metal oxide surge arrester)，又称压敏避雷器，是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的避雷器，在电力系统中得到了广泛的应用。实际应用中，正确选型和定期进行预防性试验及监测运行中的金属氧化物避雷器的泄漏电流，正确判断其运行状况是非常重要的。

避雷器是整个电力系统绝缘配合的基础设备，必须依据避雷器性能，确定系统所有高压电器设备的耐压能力，所以其性能选择具有重大意义。

金属氧化物避雷器氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过金属氧化物避雷器各个串联电阻片，这个电流的大小取决于金属氧化物避雷器热稳定和电阻片的老化程度。如果金属氧化物避雷器在动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流将逐渐增大，直至击穿损坏金属氧化物避雷器。

所以定期进行预防性试验和监测运行中金属氧化物避雷器的工作情况，把测量金属氧化物避雷器的泄漏电流作为判断金属氧化物避雷器运行状况的一种重要手段。

金属氧化物避雷器的选型

1 选型依据

一、电压等级

最好依据系统标称电压（即通常说的母线电压）来选择。常见系统标称电压有6kV、10kV、35kV等。其它电压等级仅偶尔会出现。

二、结构特征

无间隙型：常规使用，各种用途下均有对应的无间隙型号产品；有间隙型：仅使用在需要加强保护的地方（例如线路保护）。有间隙优于无间隙。

三、保护对象

S型、Z型用于常规电器。性能上Z型好，标称电流大的好。

D型保护电机。标称电流5的是发电机专用，性能比2.5的高很多。

R型保护电容。依据电容器功率和接法换算通流容量进行选配。

中性点型分电机和变压器两种，都根据中性点接地方式选配。

其它型号中，X、T型为常规结构，仅需特殊设计参数和接线方式；F、L型不是常规结构，不能用常规结构避雷器替代。

四、使用场所

常规避雷器是户内外通用的，伞型设计符合规范的产品，应该都可以满足Ⅲ级和Ⅲ级以下防污。污秽等级超过Ⅲ级，需要使用防污型产品并测算爬距。

五、其它注意事项

瓷套避雷器的优缺点：优点为耐用，无重大事故理论上可以使用几十年；缺点是庞大笨重不利安装、运输，事故时易爆炸伤害人和设备。

硅橡胶避雷器优缺点：优点为绝缘性高，散热好，利于小型化、成套化电器使用；缺点是外套存在寿命问题，使用达到一定年限后橡胶老化。

2 金属氧化物避雷器选型存在的几个问题

下面简单说明金属氧化物避雷器选型中出现困扰最多的几个有关结构、型号和参数的问题。

一、YH还是HY的问题。

Y表示：金属氧化物，即金属氧化物避雷器；H表示：复合外套，即硅橡胶避雷器。连起来的意思，就是：硅橡胶金属氧化物避雷器。所以YH和HY是一样的。

二、W和C的性能问题。

W表示无间隙，C表示串联间隙。

无间隙避雷器是目前的主力产品，其主要优点在于结构简单、安装方便、对使用环境限制小，所以有利于简化整体电气设计。目前在各类使用场所，都有对应的无间隙产品型号，如果不需要特别加强保护，无间隙避雷器完全可以选用。

有间隙避雷器则不同，对使用环境限制大。一般只用在需要特别加强保护的场所（比如高压线路、开关柜等）。

三、避雷器重要参数选择

避雷器最重要的参数有三个。一个是额定电压、一个是标称残压、一个是能量吸收能力。

（1）额定电压：这个参数不能过低，否则容易导致避雷器负担过重烧毁。

（2）标称残压：这个参数是避雷器最重要的参数，是整个系统绝缘配合的基础。降低残压好，因为降低了避雷器残压，等于提高了系统所有高压电器的安全裕度。但是降低残压受到氧化锌电阻片本身性能限制，是有底限的。有间隙产品虽然可以进一步降低残压，但是同样存在一个底限。

（3）能量吸收能力：避雷器工作时，由于kA级大电流的通过，会大幅发热升温，若抵受不住，就会导致损坏甚至爆炸。因此避雷器的能量吸收能力是很重要的参数。国内型产品，按方波通流容量多少A来表示。这个值越高，表示避雷器在不破坏的情况下能承受的电流越大，性能也就越好。

四、常见避雷器型号最后附加字母的意思

（1）“×”

避雷器本来的型号中是没有“×”的，有时候用户或者设计院图纸上的避雷器型号，带了一个“×”。有些企业为了减少麻烦，直接套用了普通避雷器的型号编制法，在常规避雷器型号上，用“×”区别相-相参数和相-地参数。

（2）“J”和“L”

J表示计数器，L表示脱离器，都是避雷器配套的附件。计数器一般分三类，统一可以用J表示，或写成JSQ（计数器的拼音）：

① 户内型：用在开关柜面板上，一般是互感器采样的，所以写成JSC。

② 户外型：用在电站露天，一般是氧化锌电阻片采样的，所以写成JSY,或简称JS。

③ 监测器：用在35kV及以上电站露天，带电流在线监测功能，所以写成JCQ。

脱离器一般分两类，统一用L表示，或写成TL（脱离的拼音）：

① 热熔型：仅用于无间隙避雷器，相当于一个熔断器，所以写成TLR。

② 热爆型：可用于各类避雷器，内部有火药爆炸装置，所以写成TLB。

（3）“W”和“G”

W表示双层伞，就是说避雷器的伞型是加多加大的（一般俗称防污型）。用在重污秽以上地区（或称Ⅲ级污秽以上地区）。G表示高原型，有时也写成GY，就是加强绝缘产品。

3 金属氧化物避雷器防伪问题

水货除了冒牌、不做测试、工艺差以外，还常采用一些造假手法。

一、使用劣质橡胶。

手法：采用便宜橡胶替代硅橡胶（比如掺杂乙丙橡胶、二次胶等）。

危害：外套寿命严重下降。

鉴别：须进行起痕和电蚀试验，普通用户无法鉴别。

二、使用劣质氧化锌电阻片。

手法：采用不添加贵重元素的伪配方片，采用旧货中拆出的片，采用有缺陷的次品片。

危害：避雷器在大电流下易爆炸，正常使用下易损坏。

鉴别：须进行大电流试验，普通用户无法鉴别。

三、草率固定电阻片。

手法：采用普通塑料筒或热缩管，替代正规绝缘筒以降低原材料成本。

危害：避雷器存在内闪络通道，容易导致使用中无端泄漏电流猛增，引发系统故障。

鉴别：只能拆开看，前提是用户知道正规产品的结构。

四、电阻片直径缩水。

手法：采用直径小的电阻片，降低电阻片用量。

危害：避雷器存在不能达到设计要求的可能，会严重危及被保护设备的安全。

鉴别：可以和过去国营大厂的同型号产品对比一下重量和直径，明显轻和细的就是有问题。

五、不做整体硫化，改用套装产品。

手法：不做整体硫化，改为手工套装，以节约硫化机等贵重设备投入。并可以不断拆卸，没有废品率概念。

危害：这是伪硅橡胶产品，完全没有硅橡胶产品绝缘好的优点，不能和小型化和成套设备配套，和其它高压电器距离太近时，容易引发短路事故。

鉴别：套装产品鉴别比较容易。只需要拆除避雷器外部的金属部件（螺丝、上下盖、底盘等），看整体是否由硅橡胶无粘接密封即可。

金属氧化物避雷器的预防性试验

及泄漏电流测试分析

1 绝缘电阻的测量

绝缘电阻测量主要是检查是否进水受潮，对于内部有大熔丝的还可以检查内部熔丝是否完好。电力设备预防性试验规程规定：35kV及以下的金属氧化物避雷器用2500V兆欧表测量，其绝缘电阻不低于1000MΩ；35kV以上用2500V兆欧表测量其值不低于2500MΩ。

2 测量1mA(直流)时的临界动作电压U1mA和75%U1mA直流下的泄漏电流

测量金属氧化物避雷器的U1mA和75%U1mA直流下的泄漏电流主要是检查其阀片是否受潮，确定其动作性能是否符合要求，其测量接线通常采用单相半波整流电路，见图1。

图1 金属氧化物避雷器直流泄露电流测试试验接线图：B1-单相调压器；B2-试验变压器；D-硅堆； R

U1mA实测值与初始值或出厂值相比，其变化不应大于5%，U1mA过高使保护电气设备的绝缘裕度降低，U1mA过低使金属氧化物避雷器在各种操作和故障的瞬态过电压下发生爆炸，测量75%U1mA下的直流泄漏电流，主要检测长期允许工作电流的变化情况。规程规定，75%U1mA下的泄漏电流不大于50μA。

3 带电检测方法

常见的金属氧化物避雷器泄漏电流测量仪器按其工作原理分为两种：容性电流补偿法和谐波分析法。

容性电流补偿法:容性电流补偿法是以去掉与母线电压成π/2相位差的电流分量作为去掉容性电流，从而获得阻性电流的方法。

谐波分析法:谐波分析法是采用数字化测量和谐波分析技术，从泄漏电流中分离出阻性电流基波值。

常用带电检测方法如下。

(1)装设在线检测仪：常用的金属氧化物避雷器在线式带电检测的方法是采用漏电流指示型计数器，它除保留了原避雷器计数器的记数功能外，增加了避雷器漏电流指示功能。在持续运行电压下，长期指示金属氧化物避雷器的漏电流值，在过电压下又能记录避雷器的动作次数。

(2)带电测试阻性电流：阻性电流的测试能更好的反映金属氧化物避雷器的劣化。实践表明，夏季高温和冬季低温是金属氧化物避雷器密封破坏的主要原因之一，而雷雨季节频繁的过电压作用也可能大大加速金属氧化物避雷器劣化。因此应该在春秋两季分别进行一次带电测试，为了保证数据的可比性，测试时尽量选择晴朗干燥空气温度湿度相近的条件进行。

影响金属氧化物避雷器泄漏电流

测试结果的因素

1 金属氧化物避雷器两端电压中谐波含量的影响

谐波电压是从幅值和相位两个方面来影响金属氧化物避雷器阻性电流IRP的测量值，谐波状况不同，可能使测得的结果相差很大。而阻性电流基波峰值IRIP则基本不受谐波成份影响，现场测试判定金属氧化物避雷器的运行状况时应以阻性电流基波峰值IRIP为准。

根据谐波法原理生产的泄漏电流测量仪，它对金属氧化物避雷器两端电压波形要求较高，电压中所含谐波对测量结果影响很大，如三次谐波量超过0.5%就可能使测量结果出现很大的误差，在电压波形畸变、三次谐波含量较大的情况下，谐波法只能局限于同一产品同一试验条件下的纵向比较。

2 金属氧化物避雷器两端电压波动的影响

系统电压的变化对金属氧化物避雷器的泄漏电流值影响很大。根据实测数值分析，金属氧化物避雷器两端电压由相电压向上波动5%时，其阻性电流一般增加13%左右。在对金属氧化物避雷器泄漏电流进行横向或纵向比较时，应详细记录金属氧化物避雷器两端电压值，正确判定金属氧化物避雷器的运行状况。

3 金属氧化物避雷器外表面污秽的影响

金属氧化物避雷器外表面的污秽，除了对电阻片柱的电压分布的影响而使其内部泄漏电流增加外，其外表面泄漏电流对测试精度也有影响。污秽程度不同，环境温度不同，其外表面的泄漏电流对金属氧化物避雷器的阻性电流的测量影响也不一样。金属氧化物避雷器的阻性电流较小，即使较小的外表面泄漏电流也会给测试结果带来误差。

4 温度对金属氧化物避雷器泄漏电流的影响

由于金属氧化物避雷器的氧化锌电阻片在小电流区域具有负的温度系数，加之有功损耗产生的热量会使电阻片的温度高于环境温度，使金属氧化物避雷器的阻性电流增大，电阻片在持续运行电压下从+20℃～+60℃，阻性电流增加79%，而实际运行中的金属氧化物避雷器电阻片温度变化范围是比较大的，阻性电流的变化范围也很大。

5 湿度对测试结果的影响

由于金属氧化物避雷器存在自身电容和对地电容，其芯体对瓷套、法兰、导线都有电容，当湿度变化时，瓷套表面的物理状态发生变化，瓷套表面和金属氧化物避雷器内部阀片的电位分布也发生变化，泄漏电流也随之变化，也会使芯体电流明显增大，尤其是雨雪天气，金属氧化物避雷器芯体电流能增大1倍左右，瓷套电流会成几十倍增加。

金属氧化物避雷器运行状况的判断方法

1 参照标准

每个厂家的阀片配方和装配工艺不同，金属氧化物避雷器的泄漏电流和阻性电流标准也不一样，测试时可以根据厂家提供的标准来进行测试。若全电流或阻性电流基波值超标，则可初步判定金属氧化物避雷器存在问题，然后需停电做直流试验，根据直流测试数据做出最终判断。

2 横向、纵向比较法

同一厂家、同一批次的产品，金属氧化物避雷器各参数应大致相同，如果全电流或者阻性电流差别较大，即使参数不超标，金属氧化物避雷器也可能有异常。

对同一产品，在同样的环境条件下，不同时间测得的数据可以作纵向比较，发现全电流或阻性电流有明显增大趋势时，应缩短检测周期或停电作直流试验，以确保安全。

结论

(1)实际应用中要保证金属氧化物避雷器选型正确，做好电气设备绝缘配合工作，为电气设备安全运行奠定基础。

(2)对新投运的110kV以上金属氧化物避雷器，有条件的尽可能安装在线监测仪，以便在巡视时观察运行状况，防止泄漏电流的增大。

(3)电压升高、温度升高、湿度增大，污秽严重都会引起金属氧化物避雷器总电流、阻性电流和功率损耗的增大，这是应该注意的。

(4)谐波含量偏大时，会使测得的阻性电流峰值IRP数据不真实，而阻性电流基波IRIP值是一个比较稳定的值，因此在谐波含量比较大时，应以测得的IRIP值为准。

(5)在线检测结合定期预防性试验，正确分析测试数据，准确判断金属氧化物避雷器运行状况。在带电测试时，对发现异常的金属氧化物避雷器，在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，应停电作直流试验，测取直流参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以正确判断金属氧化物避雷器是否质量合格。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“金属氧化物避雷器的选型及泄漏电流测试分析”，作者为周建祥。）