避雷器均压环均压原理分析

避雷器均压环均压原理分析

王浩 李娟 浦国琛

云南电网有限责任公司曲靖供电局 云南曲靖 65500

摘 要：随着我国电力产业的迅速发展，避雷器均压环的使用比较频繁，避雷器均压环的作用在电力发展中发挥着重要的作用。本文将从避雷器均压环定义、原理和分类进行阐述，接着以氧化锌避雷器为例分析均压环对避雷器泄漏电流的影响，同时提出解决措施。

关键词：避雷器 均压环 均压原理

在避雷器的运用中，避雷器均压环即使绝缘子串电压分布得到改善的环状器材，高压避雷器对地会产生有复杂电容，导致避雷器电压分布不均衡，进而导致避雷器电压高的地方常常发生损坏。面对这样的情况，人们开始探索加装避雷器均压环，通过避雷器均压环使对地面杂散电容得到均匀分布，避免了避雷器局部击穿而损坏的情况，这也是防止触电的一种有效措施，避雷器均压环良好绝缘性是电气设备和线路安全运行的重要保障。

1. 避雷器均压环定义和原理

1.1避雷器均压环定义

避雷器均压环即将绝缘子串上电压分布进行改善的环状器材，对绝缘子串上电压起到均压作用，适用于交流电压，避雷器均压环能够将高压平均分布于体四周围，实现避雷器均压环各部位无电位差，进而实现均压的效果。

1.2避雷器均压环均压原理

一般在500KV线路上使用瓷或玻璃的绝缘子线路会使用避雷器均压环，采用复合绝缘子的110千伏—220千伏线路均会使用避雷器均压环，因为复合绝缘子与瓷或玻璃绝缘子之间的电压分布更不均匀。对地电容大时绝缘子的电压分布相对均匀，对地电容小时电压分布不均匀，说明绝缘子的电压分布与对地电容密切相关。高等级电压的线路绝缘子串都比较长，线路绝缘子串的电压分布不均匀。线路绝缘子串的电压分布通常为“U”型分布^[1]。当绝缘子两端电压较高时，中间绝缘子承受的电压较低，局部场强较高的地方会发生和发展局部放电，尤其是绝缘子承受的电压最高时，发展为闪络，根据这一现象，人们采取措施降低导体一侧的绝缘子电压，使绝缘子串电压均匀分布，从而提高绝缘子串的电晕电压和闪络电压。与瓷或玻璃绝缘子相比，复合绝缘子对地电容较小，因此复合绝缘子的电压分布不均匀非常明显。理论计算表明，当电压超过500千伏时，整个复合绝缘子带电端的电场强度超过空气的击穿强度。因此，在高等级电压线路中，复合绝缘子应与均压环一起使用。此外，在复合绝缘子上使用均压环不仅具有均压作用，还具有引弧作用，可以保证闪络发生线路上两环之间的伞裙表面不被烧毁。

2. 均压环分类

根据均压环应用不同，均压环分为避雷器均压环，互感器均压环，高压试验设备均压环，输变电线路均压环，防雷均压环和绝缘子均压环等。避雷器均压环根据电压等级高低110千伏、220千伏、330千伏、500千伏、550千伏、750千伏、800千伏和1000千伏避雷器均压环。高压避雷器对地有杂散电容，导致避雷器电压分布不平衡，使电压高的地方容易损坏。避雷器均压环可以平衡对地杂散电容，防止局部击穿和损坏^[2]。

3.氧化锌避雷器

氧化锌避雷器是目前我国输变电保护中使用的主要金属氧化物避雷器。它由一个或两个并联的非线性电阻叠成圆柱形，其组成根据电压等级确定，例如35-110千伏氧化锌为单节，220千伏氧化锌为两节，500KV氧化锌室三节的，750KV氧化锌是4节。氧化锌避雷器与传统抑避雷器的区别在于氧化锌避雷器没有放电间隙，氧化锌避雷器的非线性特性有泄流，开关功能和良好的伏安特性，能够有效保障电网安全运行。

3.1均压环与避雷器泄漏电流

在500千伏氧化锌避雷器的预防性试验中，主要试验是直流电压U1mA和0.75U1mA下的漏电流试验。通过该测试，可以检测金属氧化锌片的受潮或老化程度。通过实验发现A相上节漏电流为223A，多次测试A、B、C相上节电流无明显变化。中、下节测试都满足要求。实验结果表明，上节的测试值并没有明显高于出厂值。避雷器出厂测试是在没有安装均压环的情况下开展的。原因是零电位均压环与金属法兰之间的距离太小，从而产生杂散电流并与泄漏电流同时被测量并计数。所以造成测试结果偏大。在实际应用中均压环对测量结果的影响较小，现场安装十分简便并且效果显著。

3.2消除均压环的影响措施

（1）采用仿真法消除影响

为了解决这个问题，常用的ANSYS软件被用于解决电力系统中测试电磁场问题。是一款集电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。通过建立合适的有限元计算模型和合适的介电参数，利用ANSYS软件计算测量0.750.75U1mA电压下500千伏瓷套氧化锌避雷器上单元漏电流产生的空间离散电流。测量时，由于杂散电路会导致测试数据出现错误，部分测试结果可能会出现大于测试标准要求的50μA。所以，在测试时需要从微安表数据中减去空间离散电流数据，从而得到避雷器上部的漏电流值。但是，消除均衡环影响的仿真实验仍然存在一些缺陷：

A. 由于现场各种因素的不稳定，很难建立通用的模拟计算模型。

B. 实际值与模拟计算结果存在误差，导致对最终测试结果的判断存在偏差。因此，不建议通过模拟计算进行预防性测试来消除均环的影响。

C、由于厂家、批次、尺寸、参数等的差异，在采用预防性测试方法消除影响时，需要在测试前重新模拟，大大增加了现场的工作量。

（2）采用屏蔽罩进行消除影响

由上可知，从上节避雷器的下金属法兰流出的电流会产生离散的空间电流，所以当我们现场测量时，我们可以通过棉花，绝缘纸和热缩套管将上节避雷器的下金属法兰进行多层包裹，以确保直流微安表指示的电流值是通过氧化锌阀板的漏电流。使测量的准确性更高。然后然后装上保护罩，消除均压环对避雷器产生的空间离散电流的影响。但是，测量值仍然高于出厂值，原因是简单的防护罩很难完全覆盖法兰盘，仍然会有很小一部分空间离散电流被测量。

6.小结

由于设备和现场条件有限，氧化锌避雷器在现场测量时没有拆卸均匀环进行测试，所以避雷器均匀环会对测试结果产生影响。为保证测量数据的真实性和可靠性，在测量避雷器上节直流漏电流时，应加装保护套，以更好地消除均压环和避雷器产生的空间离散电流的影响^[3]。此外，现场污染、温度、湿度、测试方法等各种影响因素都会影响测量结果。实验时必须考虑到这些因素，才能得到准确判断，保证氧化锌避雷器的安全运行。

总之，避雷器均压环在实际应用中应用十分广泛，只有了解它的定义和工作原理以及作用，才能更好的研究和创新，促进电力行业的发展。

参考文献

[1]张运.氧化锌避雷器在线监测技术研究[D]. 北京交通大学 2019

[2]黄典庆.氧化锌避雷器在线监测关键技术研究与应用[D]. 西安工程大学 2019

[3]刘博垚.氧化锌避雷器在线监测与故障预警方法研究.沈阳工业大学.沈阳工业大学辽宁省.2018-06-01
[4]杨雅倩.超/特高压氧化锌避雷器绝缘劣化特性多物理场分析[D]. 长沙理工大学 2018

[5]张明明.金属氧化锌避雷器在线监测系统研究[D]. 西南交通大学 2018