金属氧化物避雷器的正确使用培训课件

金属氧化物避雷器的正确使用培训课件CONTENTS目录01金属氧化物避雷器概述02金属氧化物避雷器的特点与结构特性03金属氧化物避雷器的基本工作原理04金属氧化物避雷器的优点CONTENTS目录05金属氧化物避雷器的特性参数06金属氧化物避雷器在配电变压器上的正确使用07金属氧化物避雷器的试验项目与方法08金属氧化物避雷器运行维护与故障处理01金属氧化物避雷器概述金属氧化物避雷器的定义与作用金属氧化物避雷器的定义金属氧化物避雷器（MOA）是用于保护输变电设备的绝缘免受过电压危害的重要保护电器，其核心部件为氧化锌非线性电阻阀片，具有无间隙、响应快等特点。金属氧化物避雷器的核心功能通过氧化锌阀片的非线性特性，在正常工作电压下呈高阻态，过电压作用时迅速转为低阻态，将过电压能量泄放入地，限制设备端残压，保护设备绝缘。在电力系统中的关键作用广泛应用于发电、输电、变电、配电系统，可有效限制雷电过电压、操作过电压及短时工频过电压，保障变压器、发电机等核心设备安全运行。金属氧化物避雷器的发展历程传统避雷器时代早期过电压保护装置以保护间隙、管式避雷器为主，依赖放电间隙动作，存在响应慢、续流大等局限。20世纪中期，碳化硅阀型避雷器出现，通过非线性电阻片与间隙配合，改善了保护性能，但仍需串联间隙隔离工频电压。金属氧化物避雷器的诞生20世纪70年代初期，金属氧化物避雷器（MOA）问世，核心材料为氧化锌（ZnO）阀片，无需串联间隙即可在正常电压下呈现高阻态，过电压时迅速低阻导通。我国自80年代起逐步引进并推广应用，成为避雷器发展的里程碑。技术迭代与性能提升随着材料工艺进步，氧化锌阀片非线性系数α值降至0.02~0.06，通流容量较碳化硅阀片提升4~4.5倍。复合外套技术的应用使避雷器尺寸减小22%、重量减轻27%，耐污性和防爆性能显著增强，适应GIS、高海拔等特殊场景需求。智能化与标准化发展近年来，MOA向在线监测、状态评估方向发展，通过阻性电流、红外测温等技术实现性能实时监控。GB/T28547-2023等标准的实施，推动产品选型、安装和维护规范化，使其成为特高压系统及智能电网的关键保护设备。金属氧化物避雷器的应用领域电力系统核心设备保护

广泛应用于发电、输电、变电、配电系统，保护变压器、发电机、电力电容器等关键设备免受过电压危害，是输变电设备绝缘防护的重要保护电器。通信系统设备防护

用于通信基站、通信线缆等通信设备的保护，通过分散雷电能量，将过电压引向大地，确保通信系统在雷电环境下的稳定运行。特殊环境与场景应用

适用于高海拔地区、6SF全封闭组合电器等特殊环境，耐污性能好，能适应多种绝缘介质，同时在电气化铁道系统中也发挥重要过电压保护作用。02金属氧化物避雷器的特点与结构特性金属氧化物避雷器的主要特点01卓越的非线性伏安特性以氧化锌为主要材料的电阻阀片，在正常工作电压下电阻极高（低电场强度下约1010~1014Ω⋅cm），接近绝缘状态；过电压时电阻骤降（电场强度达104~105V/cm时电阻率降至1Ω⋅cm），残压低，通过10kA冲击电流时残压与U1mA比值一般不大于1.9。02无间隙结构设计优势无需串联间隙隔离工频电压，电压升高时可迅速吸收过电压能量，响应快；伏安特性对称无极性，可制成直流避雷器，且基本无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强。03优异的通流与能量吸收能力氧化锌阀片单位面积通流能力是碳化硅阀片的4～4.5倍，能有效限制大气过电压、操作过电压，甚至耐受一定持续时间的短时工频过电压，适用于多种严苛过电压场景。04环境适应性与结构特性复合外套避雷器采用硅橡胶材料，具有尺寸小、重量轻、耐污性强、防爆性能好等优点；瓷外套避雷器则具备良好的绝缘性能与机械强度，整体结构简单，稳定性好，不受温度、湿度、气压等环境条件显著影响。金属氧化物避雷器的结构组成

核心元件：氧化锌阀片以氧化锌（ZnO）为主要材料，掺加少量金属氧化物添加剂经高温（1000℃以上）焙烧而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的非线性伏安特性，是避雷器实现过电压保护的核心部件。

外套结构：复合外套与瓷外套复合外套采用硅橡胶复合材料，具有尺寸小、重量轻、结构坚固、耐污性强、防爆性能好等优点；瓷外套为传统结构，提供良好的绝缘性能，不同外套类型适应不同运行环境需求。

内部结构：阀片与电极基本结构由阀片堆叠而成，阀片间设置电极实现电气连接。氧化锌晶粒为高电导相（电阻率约1Ω·cm），边缘由高电阻性粒界层（低电场下电阻率10¹⁰~10¹⁴Ω·cm）包围，共同构成非线性电阻特性。

外部附件：均压环与底座均压环用于改善电压分布，确保避雷器各部分电压均匀；底座提供机械支撑与绝缘，部分避雷器底座需进行绝缘电阻测试，要求不小于5ΜΩ（2500V及以上兆欧表测量）。阀片的材料与特性

核心材料组成阀片以氧化锌（ZnO）为主要材料，掺以少量氧化钴、氧化锰等金属氧化物添加剂，经高温（1000℃以上）焙烧而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀特性。

微观结构特点基本结构为高电导的氧化锌晶粒（电阻率1Ω⋅cm），边缘由高电阻性的金属氧化物附加物粒界层包围（低电场强度下电阻率约10¹⁰~10¹⁴Ω⋅cm），在高电场（10⁴~10⁵V/cm）下电阻率降至1Ω⋅cm，展现优异非线性。

非线性伏安特性非线性系数α值极小，在1mA～10kA电流范围内α值一般为0.02～0.06；正、反极性伏安特性对称，无极性问题，可制成直流避雷器；通过10kA冲击电流时残压与U1mA的比值通常不大于1.9，压比越小保护性能越优。

正常工作状态表现在系统运行电压下，通过的阻性电流很小，一般约为10~15μA，接近绝缘状态；U1mA（阻性电流为1mA时的电压）值约为最大允许工作电压峰值的1.05～1.15倍，确保正常工作时的稳定性。外套类型及特点瓷外套金属氧化物避雷器瓷外套避雷器采用陶瓷材料作为外部绝缘，具有良好的绝缘性能和机械强度，适用于传统户外电力设备场景。其结构成熟，但重量较大，耐污性能相对有限。复合外套金属氧化物避雷器复合外套避雷器以硅橡胶复合材料为外套，相比瓷外套具有尺寸小、重量轻（重量减轻约27%）、结构坚固、耐污性强、防爆性能好等优点，广泛应用于多种复杂环境。外套类型对比及适用场景瓷外套适用于对机械强度要求高的常规户外环境；复合外套因耐污性好、重量轻，更适合高海拔、污秽地区及6SF全封闭组合电器等特殊场景，是当前避雷器的主要发展方向。03金属氧化物避雷器的基本工作原理氧化锌阀片的非线性特性

01非线性特性的定义氧化锌阀片是金属氧化物避雷器的核心部件，其主要成分为氧化锌（ZnO），并掺以少量其他金属氧化物添加剂经高温焙烧而成，具有极为优越的非线性伏安特性，即在不同电压作用下呈现显著不同的电阻值。

02正常工作电压下的高阻特性在系统正常工作电压下，氧化锌阀片的电阻值极高，约为1010~1014Ω⋅cm，此时通过的阻性电流很小，一般仅为10~15μA，接近绝缘状态，可有效隔离工频运行电压。

03过电压下的低阻特性当作用于阀片的电压升高，电场强度达到104~105V/cm时，其电阻率迅速降到1Ω⋅cm，电阻变得很小，能通过大电流，同时残压很低，可将过电压限制在设备绝缘允许范围内，从而保护设备免受过电压危害。

04非线性系数α值的特点氧化锌阀片的非线性系数α值很小，在通过1mA～10kA电流范围内，α值一般在0.02～0.06之间。α值越小，表明其非线性特性越优良，保护性能越好，例如在通过10kA冲击电流时残压与U1mA的比值一般不大于1.9。

05正反向伏安特性的对称性氧化锌阀片的非线性伏安特性在正、反极性下是对称的，没有极性问题，这一特性使其不仅适用于交流系统，还可方便地制成直流避雷器，拓宽了其应用范围。正常工作状态下的表现绝缘状态的维持在正常工作电压下，氧化锌阀片呈现高阻抗状态，通过的阻性电流极小，通常约为10~15μA，接近绝缘状态，有效隔离工频运行电压。泄漏电流特性正常运行时，流过避雷器的泄漏电流包含阻性分量和容性分量，其中阻性电流是反映阀片性能的关键指标，应保持稳定且处于较低水平。温度稳定性阀片在正常工作条件下因阻性电流产生的热量能通过散热系统有效散发，温度保持稳定，不会出现异常升温现象，确保长期可靠运行。无持续续流当系统电压恢复正常后，氧化锌阀片电阻迅速恢复为高阻状态，基本无续流产生，避免对系统造成额外负担和能量损耗。过电压作用下的动作过程正常电压下的高阻状态在系统正常工作电压下，氧化锌阀片呈现极高电阻（低电场强度下约10¹⁰~10¹⁴Ω·cm），通过的阻性电流仅为10~15μA，接近绝缘状态，有效隔离工频电压。过电压触发的低阻导通当过电压作用时，阀片粒界层载流子大量增加，电场强度达10⁴~10⁵V/cm时电阻率降至1Ω·cm，迅速将过电压能量通过接地装置泄放，限制残压（10kA冲击电流下残压与U1mA比值≤1.9）。过电压消失后的自动恢复过电压消失后，阀片载流子复合，电阻恢复高阻状态，无续流产生，确保系统恢复正常运行，体现其“动作-恢复”的快速响应特性。电压恢复正常后的状态

非线性电阻阀片的自动复位当过电压消失、系统电压恢复正常后，氧化锌阀片的载流子因复合而减少，其电阻率迅速回升至1010~1014Ω⋅cm，恢复高阻抗绝缘状态，阻断工频续流。

泄漏电流回归正常水平阀片在正常工作电压下通过的阻性电流恢复至10~15μA，接近绝缘状态，确保避雷器不影响系统正常运行。

无续流特性的体现金属氧化物避雷器基本无续流，电压恢复后无需额外灭弧措施，即可快速恢复到初始绝缘状态，具备耐重复动作能力。04金属氧化物避雷器的优点非线性系数小与保护特性好

非线性系数α值的优越性金属氧化物阀片在1mA～10kA电流范围内，非线性系数α值通常在0.02～0.06之间，远小于传统碳化硅阀片的0.25～0.45，展现出更理想的非线性伏安特性。

无间隙设计的快速响应能力无需间隙动作，电压升高时可迅速吸收过电压能量，抑制过电压发展，具有优异的陡度响应特性，且性能几乎不受温度、湿度、气压、污秽等环境条件影响。

残压与压比的关键保护指标在通过10kA冲击电流时，残压与U1mA的比值一般不大于1.9，压比越小保护性能越优；U1mA值约为最大允许工作电压峰值的1.05～1.15倍，确保设备绝缘安全。能量吸收能力强与通流容量大能量吸收能力的定义与优势能量吸收能力指避雷器吸收过电压能量的能力。金属氧化物避雷器因无串联间隙制约，仅与阀片本身强度有关，能有效吸收过电压能量，可限制大气过电压、操作过电压，甚至耐受一定持续时间的短时（工频）过电压。通流容量的比较优势通流容量是避雷器能承受的最大冲击电流值。同碳化硅阀片比较，金属氧化物阀片单位面积的通流能力大4～4.5倍，使其在过电压作用下可通过大电流，保障设备安全。能量吸收与通流容量的实际意义金属氧化物避雷器凭借强能量吸收能力和大通流容量，在电力系统中能可靠限制各类过电压，有效保护发电、输电、变电、配电等系统中的输变电设备绝缘免受过电压危害，是过电压保护的关键设备。结构简单与稳定性好

无间隙设计，结构简化金属氧化物避雷器无需串联间隙，仅由氧化锌阀片等核心部件构成，相比传统带间隙避雷器，部件数量减少约50%，整体结构更简洁。

材料特性保障稳定性氧化锌阀片在正常工作电压下阻性电流仅10-15μA，接近绝缘状态；过电压时迅速转为低阻态，动作后恢复能力强，性能受温度、湿度等环境因素影响小。

复合外套增强运行可靠性复合外套采用硅橡胶复合材料，具有耐污性强、防爆性能好等优点，相比瓷外套，尺寸小、重量轻，结构坚固，适应多种复杂环境。

伏安特性对称，无极性限制氧化锌阀片的非线性伏安特性在正、反极性对称，无极性问题，可制成直流避雷器，且基本无续流，耐重复动作能力强，运行稳定性高。适用于多种特殊环境与需求

高海拔地区应用金属氧化物避雷器阀片不受大气环境影响，能适应高海拔地区低气压、强紫外线等特殊气候条件，保障电力设备过电压保护效果。

SF6全封闭组合电器（GIS）适配可与SF6气体绝缘介质良好兼容，结构紧凑，满足GIS设备小型化、高绝缘性能的要求，是GIS系统关键过电压保护设备。

恶劣污秽环境耐受复合外套金属氧化物避雷器采用硅橡胶复合材料，耐污性强，不会因污秽或带电清洗改变外套表面电位分布，适用于重污染地区。

特殊电压等级与设备保护可制成直流避雷器，也能满足发电机、电动机、变压器中性点等不同设备的保护需求，如变压器中性点用无间隙金属氧化物避雷器。05金属氧化物避雷器的特性参数额定电压与持续运行电压

额定电压（Ur）的定义额定电压是由动作负载试验确定的避雷器上下两端子间允许的最大工频电压有效值，避雷器在该电压下应能正常工作。我国标准规定其耐受时间为10秒。

持续运行电压（Uc）的定义持续运行电压指允许持续加在避雷器两端子间的工频电压有效值，一般小于避雷器的额定电压。通常要求Uc≥0.8Ur（进口产品常取此值）。

额定电压的选择依据应根据系统标称电压选择合适的避雷器额定电压，确保避雷器在正常工作电压下稳定运行，同时能有效限制过电压。

持续运行电压的意义持续运行电压是避雷器在电网正常运行时承受的电压，其大小直接影响避雷器的发热和老化特性，是保证避雷器长期稳定运行的重要参数。伏安特性与起始动作电压

非线性伏安特性定义金属氧化物避雷器阀片以氧化锌为主要材料，具有优越的非线性特性。正常工作电压下呈高阻态（电阻率约10¹⁰~10¹⁴Ω·cm），过电压时转为低阻态（电阻率降至1Ω·cm），正反向特性对称。

伏安特性曲线分区曲线分为小电流区（α值0.02~0.06）、拐点区（U1mA起始动作电压）和大电流区。通过1mA~10kA电流时，α值稳定在0.02~0.06，压比（10kA残压/U1mA）≤1.9。

起始动作电压（U1mA）定义当通过阀片的阻性电流达到1mA时的电压为起始动作电压，其值为最大允许工作电压峰值的1.05~1.15倍，是衡量避雷器保护性能的关键参数。

U1mA与残压的关系U1mA决定避雷器的动作阈值，在10kA冲击电流下残压与U1mA的比值越小，保护性能越优。例如500kV避雷器U1mA约为200kV，对应残压≤380kV。持续运行电流与工频参考电压

持续运行电流的定义与构成持续运行电流是指在持续运行电压下流过避雷器的电流，包含阻性分量和容性分量。正常情况下，阻性分量仅为10~15μA左右，接近绝缘状态。

持续运行电流的监测意义测量避雷器在持续运行电压下的持续电流能有效检验其质量状况，可作为运行过程中测试结果的基准值。阻性电流的增加可能反映阀片老化或受潮，需加强监测。

工频参考电压的定义与作用工频参考电压是指对避雷器施加工频电压，当通过试品的阻性电流等于工频参考电流时，测出的工频电压峰值。它用于表明阀片伏安特性曲线饱和点位置，确定动作及保护特性是否符合要求。

持续运行电流与工频参考电压的关联一般情况下，U1mA（直流1mA参考电压）与避雷器的工频参考电压峰值相等。持续运行电压通常小于额定电压，其值一般满足Uc≥0.8Ur（Ur为额定电压），确保避雷器在正常工作电压下稳定运行。残压与通流容量残压的定义与保护意义残压是指避雷器通过规定冲击电流时，其两端的最大电压值。残压必须低于被保护设备的绝缘水平，是衡量避雷器保护性能的核心指标，直接决定设备是否免受过电压损害。通流容量的分类与技术要求通流容量包括额定雷电冲击通流容量（如10kA、20kA8/20μs波形）和操作冲击通流容量（如2kA30/60μs波形）。根据GB/T28547-2023，避雷器应能承受规定次数的冲击电流而不损坏。残压与通流容量的关联性在相同阀片材料下，通流容量越大，残压可能略有升高；优质氧化锌阀片可实现低残压与高通流的平衡，如通过10kA雷电冲击时残压与U1mA比值≤1.9（参考GB11032标准）。工程选型中的匹配原则选型需确保避雷器残压＜被保护设备绝缘水平，同时通流容量≥预期最大冲击电流。例如35kV配电变压器应选用残压≤52kV（10kA下）、通流容量不低于20kA的MOA。06金属氧化物避雷器在配电变压器上的正确使用安装位置的选择

01靠近被保护设备侧安装避雷器应安装在距离被保护设备（如配电变压器）较近的位置，以缩短引线长度，减小引线阻抗和残压，降低过电压对设备的冲击。

02高低压侧均需安装配电变压器高压侧应安装避雷器，低压侧也需安装。高压侧避雷器可直接限制高压侧过电压，低压侧安装能防止高压侧避雷器放电时接地装置电位升高通过中性点反变换至低压侧绕组，避免绝缘损坏。

03避免恶劣环境影响安装位置应选择干燥、通风、无腐蚀性气体的环境，远离潮湿、多尘、高温或振动剧烈的场所，同时避免安装在易遭雷击的山顶、高塔等位置。低压侧安装的必要性

接地电位反击风险当高压侧避雷器泄放雷电流时，接地装置会产生压降，该压降通过配变外壳作用于低压侧绕组中性点，可能导致低压侧绕组绝缘损坏。

反变换过电压防护若低压侧未安装避雷器，接地压降将使低压侧中性点电位升高，通过电磁耦合在高压侧绕组感应出过电压，叠加后易击穿中性点附近绝缘。

绕组电位差控制低压侧安装避雷器可降低绕组出线端与中性点间的电位差，限制过电压幅值，保护低压侧设备及人身安全，符合DL/T620-1997过电压保护要求。接地线的连接方式

接地线应接至配变外壳金属氧化物避雷器(MOA)接地线应先接至配电变压器外壳，再与接地装置相连，可消除接地装置上的残压对设备的影响。

接地线应短而直接接地线应尽量短而直，以减少接地电阻和电感，提高接地效果，降低引线上的残压，确保过电压保护的有效性。

接地连接应牢固可靠安装时需检查接地连接是否牢固，避免松动导致接地不良。定期检查接地端子是否生锈、腐蚀，确保接地回路的通畅。

独立设置接地系统避雷器接地系统应独立设置，不应与防雷接地、保护接地等共用，以避免干扰和反击，保证接地系统的独立性和可靠性。安装注意事项安装位置选择原则应安装在靠近被保护设备侧，缩短引线长度以减小阻抗，降低引线残压。例如配电变压器避雷器需就近安装，减少过电压对设备的冲击。安装环境要求需安装在干燥、通风、无腐蚀性气体的环境中，复合外套避雷器还应考虑耐污性，避免污秽影响表面电位分布。高海拔地区应选用适应特殊绝缘要求的产品。接线与接地规范上端接线路，下端接地，接地引下线应先接至设备外壳再连接接地装置，消除接地装置残压。引线应短而直，减少电感，确保通流路径阻抗最小。安装前外观检查检查避雷器外套无裂纹、破损、锈蚀，瓷套或复合外套表面清洁。核对型号、规格与技术参数是否符合设计要求，附件齐全无损坏。安装操作安全要求高处作业需使用牢固脚手架，避免跌落；禁止在雷雨天气安装；安装时严禁松动密封螺栓，保持内部气体（如SF6）密闭性，防爆膜不得损坏。07金属氧化物避雷器的试验项目与方法交接试验项目及要求

绝缘电阻测试采用兆欧表法，35kV以上避雷器不低于2500ΜΩ（使用5000V兆欧表），35kV及以下不低于1000ΜΩ（使用2500V兆欧表），用于初步判断内部受潮或熔丝断裂等缺陷。直流参考电压及泄漏电流测量测量U1mA及0.75U1mA下的泄漏电流，U1mA实测值与初始值偏差应≤±5%，0.75U1mA下泄漏电流不大于50μA，关键参数需符合GB11032标准及产品技术要求。工频参考电压或持续电流测试二选一项目，工频参考电压应符合标准规定；持续运行电压下的持续电流需满足产品技术条件，通过交流电压与电流关系验证阀片伏安特性饱和点位置。底座绝缘电阻与计数器检查底座绝缘电阻不小于5ΜΩ（2500V及以上兆欧表测量）；放电计数器采用充放电法校验，确保在8/20μs雷电流波形（20kA~50A范围）下动作准确。预防性试验项目及周期

核心试验项目依据《金属氧化物避雷器通用技术规范》，预防性试验包括绝缘电阻测试、直流U1mA及0.75U1mA下泄漏电流测量、运行电压下交流泄漏电流测量、工频参考电压测试、底座绝缘电阻测试及放电计数器动作检查共6项关键内容。

常规试验周期35kV及以上避雷器投运时需进行试验；110kV及以上新投运设备应在3个月、6个月分别测试；所有避雷器每年雷雨季节前必须进行一次预防性试验；怀疑存在缺陷时应立即开展检测。

试验结果判据U1mA实测值与初始值或制造厂规定值比较变化不应大于±5%；75%U1mA下泄漏电流不大于50μA；阻性电流与初始值比较增加50%时需加强监测，增加1倍时应停电检查；底座绝缘电阻不小于5ΜΩ。在线测试的原理与方法

在线测试基本原理在线测试是在避雷器带电运行状态下，通过测量其运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，来评估避雷器性能。其核心是基于氧化锌阀片在正常运行电压下阻性电流很小，老化或受潮后阻性电流显著增大的特性。

关键测试参数与标准主要测试参数包括全电流、阻性电流（或阻性电流分量）。标准要求测量值与初始值比较不应有明显变化；当阻性电流增加50％时应分析原因，加强监测；增加1倍时应停电检查。基波阻性电流较稳定，可作为判断依据，对应介损角φ越大（通常要求φ≥75°）性能越优。

测试接线与仪器要求电压信号应从电压互感器的计量或测量端子引入，严禁从保护端子引入以防误动作。电流信号需注意计数器类型，如ABB计数器内阻小，可能需备用国产计数器辅助测试。常用仪器有日本LCD－4阻性电流测试仪、AI－6100氧化锌避雷器泄漏电流分析仪等。

测试安全注意事项试验时控制台与高压引线需保持安全距离，设备可靠接地；电压引线应先拔互感器侧端子再拔面板端子；雷雨前或远方有雷云时立即停止试验；拆接线时最后拆地线，避免触电风险。试验数据的分析与判断

绝缘电阻测试结果分析35kV以上避雷器绝缘电阻应不低于2500ΜΩ（5000V兆欧表），35kV及以下应不低于1000ΜΩ（2500V兆欧表），低于标准可能提示内部受潮或部件损坏。U1mA及泄漏电流判断标准U1mA实测值与初始值或制造厂规定值比较变化应不大于±5％；75%U1mA下的泄漏电流应不大于50μA，超出范围表明阀片可能老化或受潮。运行电压下泄漏电流趋势分析测量运行电压下全电流、阻性电流或功率损耗，与初始值比较，阻性电流增