高性能 氧化鋅避雷器 及其應(yīng)用
氧化鋅避雷器 ZnO的開發(fā)是過電壓保護(hù)裝置的一次突破。特別是*新高性能ZnO元件用于封金屬閉式開關(guān)設(shè)備GIS，降低了雷電沖擊水平，使GIS及盡緣尺寸大大減小，帶來巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。舉例來說，日本在新開發(fā)的550kV單斷口GIS中，使用了高性能的SF6避雷器，使GIS的雷電沖擊耐受水平LIWV從1800kV降至1425kV。新開發(fā)的1100kV雙斷口GIS，由于使用了高性能的ZnO避雷器，固然運(yùn)行電壓進(jìn)步了一倍，但GIS的雷電沖擊水平僅為1.5倍，即2250kV。因此，高性能ZnO避雷器的開發(fā)對(duì)降低高壓設(shè)備的雷電沖擊耐受能力非常有效。
1.高性能ZnO避雷器
傳統(tǒng)ZnO元件的基準(zhǔn)電壓約為200V/mm，用控制晶粒大小的方法就可進(jìn)步基準(zhǔn)電壓。新研制的高電位梯度ZnO元件的基準(zhǔn)電壓約為普通型的二倍。普通型ZnO元件的基準(zhǔn)電壓約為200V/mm，而高電位梯度ZnO元件的基準(zhǔn)電壓約為400V/mm。同時(shí)還可看到ZnO的晶粒在高電位梯度ZnO元件中大大地細(xì)化了。
日本三菱、東芝、日立等公司在研制高性能ZnO元件方面都付出了努力，并富于成效。進(jìn)步ZnO元件電壓額定值主要是改進(jìn)制造工藝和微觀結(jié)構(gòu)。在新型ZnO元件中，微觀結(jié)構(gòu)緊密。
2.新型ZnO避雷器的應(yīng)用
新型即高性能或高電位梯度ZnO避雷器的應(yīng)用，帶來巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，不僅大大進(jìn)步了雷電和操縱沖擊過電壓保護(hù)特性，有效地降低了輸配電設(shè)備雷電保護(hù)水平，而且明顯地減小了避雷器的尺寸。相比老型，新型的高度減為60%，寬度減為92%。
對(duì)于更高電壓和更大電流額定值，可由ZnO電阻串并聯(lián)而成。
ZnO避雷器的典型結(jié)構(gòu)有兩種：一為支柱式，另一為GIS型罐式結(jié)構(gòu) 。支柱式ZnO避雷器可單獨(dú)裝設(shè)使用，而罐式結(jié)構(gòu)裝于GIS內(nèi)。支柱式的外殼經(jīng)歷了瓷盡緣——EPDM三元乙丙膠——硅橡膠。罐式尺寸的減少有助于縮小GIS。
3.支柱式ZnO避雷器
自從80年代末和90年代初以來，ZnO避雷器的使用和被用戶普遍認(rèn)可，大大減少了電力系統(tǒng)的保護(hù)題目。在初期的結(jié)構(gòu)中，ZnO元件裝在瓷套內(nèi)，而且端部封裝一膠要用O型密封圈加以密封。隨著時(shí)間的推移，特別在惡劣的環(huán)境中，密封圈輕易劣化而讓潮氣侵進(jìn)。80年代，聚合物殼體避雷器問世，英國(guó)Bowthorpe EMP公司制造出一整個(gè)系列聚合物殼體避雷器，電壓直到400kV。在設(shè)計(jì)時(shí)，ZnO元件柱的表面被玻纖增強(qiáng)的樹脂均勻地包封。這種結(jié)構(gòu)無氣孔，機(jī)械強(qiáng)度高，而且在ZnO柱的表面形成均勻的介電強(qiáng)度。這種殼體的材料為EPDM三元乙丙膠 。它抗電痕，特別適用于污穢地區(qū)。圖5示出Bowthorpe EMP公司聚合物殼體的ZnO避雷器。ZnO元件由起散熱作用的散熱板隔開。對(duì)于更高電壓和更大電流，可由多個(gè)ZnO元件串一并聯(lián)而成模塊式結(jié)構(gòu)。
繼EPDM聚合物之后，出現(xiàn)了硅像膠殼體，硅橡膠殼體相比EPDM殼體，具有明顯的上風(fēng)，這特別表現(xiàn)在：1.硅橡膠的主化學(xué)鍵上不含碳氮化合物，使之具有高度抗表面污染力和防止碳化泄漏通道時(shí)的形成；2.硅原上了附著很多CH3使之具有疏水性，若表面沉積污穢層，硅能將它的疏水性轉(zhuǎn)移到附著膜上，這就是說，低分子量的硅油能夠從本體轉(zhuǎn)移到表面，這就叫低濃度硅遷移；3.硅橡膠中硅氧鍵是一個(gè)很強(qiáng)的化學(xué)鍵，因之硅像股能受環(huán)境的影響諸如臭氧、紫外線輻射或溫度極端波動(dòng)。
4.硅橡膠外殼在內(nèi)部出現(xiàn)過壓力時(shí)，它不會(huì)像瓷那樣爆炸，并有碎片飛出，危及人身及設(shè)備**，硅橡膠僅形成小洞，將壓力排出。
5.硅像膠運(yùn)輸方便，安裝輕易。
硅橡膠相比瓷盡緣減輕重量約50%，減小長(zhǎng)度25%。
由于硅橡膠具有以上優(yōu)異性能，越來越多的制造公司在避雷器上用硅橡膠取代瓷盡緣。如ABB公司目條件供的中壓避雷器，80%為硅橡膠避雷器。
6.罐式新型避雷器
將避雷器作成罐式結(jié)構(gòu)，廣泛地用于SF6封閉式組合電器GIS中。高電位梯度ZnO元件的使用，大大降低了避雷器的高度。圖6示出220kVGIS避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較。由圖可見，普通ZnO元件避雷器高度為470mm，而高電位梯度ZnO元件避雷器高度僅為250mm。其高度約為普通式的一半，這有助于減小GIS的尺寸。采用高電位梯度ZnO元件，可使避雷器呈單柱式，而不需要柱間引線。這就減小了罐式避雷器的內(nèi)部電感。高電位梯度ZnO元件的單個(gè)通訊能力亦好于普通的ZnO元件。
日立公司已為765kV電力系統(tǒng)新研制出使用主電位梯度ZnO元件的垂直安裝型避雷器。由于降低了串聯(lián)ZnO元件的高度，使避雷器的設(shè)計(jì)緊湊。高電位梯度ZnO元件的固有電容小，晶粒細(xì)化，這對(duì)元件的電位分布至為重要。在SF6盡緣的罐式避雷器中，采用適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)同軸屏蔽，就可使ZnO元件之間的電位分布小于1.1。
7.結(jié)語(yǔ)
避雷器技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)變電站設(shè)備的雷電沖擊耐受水平有著直接的影響。特別是避雷器從SIC加火花間隙走向無間隙的ZnO避雷器，這是技術(shù)上一次突破。ZnO避雷器也在不斷發(fā)展。日本為550kV和1100kVGIS研制出了新型高性能避雷器，這種避雷器被稱之為高電位梯度ZnO避雷器，它使550kVGIS的雷電沖擊耐受水平從1800kV降為1425kV，使1100kVGIS的雷電沖擊耐受水平僅增加為1.5倍。這使GIS的性能進(jìn)步且體積大大縮小。在支柱式避雷器方面，盡緣外殼也不斷地在改進(jìn)，從原來的瓷盡緣改為EPDM聚合物盡緣直到今天的硅橡膠盡緣。盡緣的改進(jìn)使支柱式避雷器的機(jī)械盡緣強(qiáng)度和介電強(qiáng)度更好特別是硅橡膠盡緣使之表面具有疏水性、抗污穢性、能耐受環(huán)境的影響，而且相比瓷盡緣減輕重量約50%。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
