Page 142 - 《中国电力》2026年第5期

2026 年 第 59 卷

对 配 网 避 雷 器 模 型 同 时 施 加 不 平 衡 受 力 与 金属外壳的接触状态也会从均匀接触变成局部点
100 kA 多重雷击。避雷器整体最大应力为 253 MPa， 接触，进一步加剧了应力集中。
氧化锌电阻片界面处应力集中现象较强，最大值

140 雷电冲击联合不平衡受力；
达到 117.8 MPa。
不平衡受力；
120
3.2 应力分布特征的对比分析 雷电冲击
在不平衡受力与雷击同时作用时，多重雷击 100 3.7
同样会增加避雷器内部的应力。未叠加不平衡受 电阻片界面应力值/MPa 80 3.7
力时，多重雷击较单一雷击在避雷器内部氧化锌 60 101.9 89.9 117.8
电阻片界面处应力增加了 16.0%。而在不平衡受 40 77.5
力和雷击联合作用下，该值增加了 15.6%。该应 20
力分布的畸变足以加速硅橡胶护套的机械老化， 0
单一雷击 多重雷击
影响其电气和密封性能。说明在避雷器的实际运 工况
行工况下，多重雷击会加剧避雷器内部关键部位 图 12 复杂工况对氧化锌电阻片界面应力影响
的应力集中程度。 Fig. 12 shows the influence of complex working
避雷器内部应力分布对材料老化的关键影响 conditions on the interface stress of zinc oxide resistors

部位在电阻片的界面和底座的螺栓根部。这部分 110
雷电冲击联合不平衡受力；
存在金属与硅橡胶接触部位，受力不均会导致该 雷电冲击； 25
100 不平衡受力；
处的密封性问题。同时因阀体受力不均，在雷电 提升百分比
20
90
流下导致的过热则是导致避雷器性能加速老化的 2.61 3.34 3.7
不可忽视的重要因素。 应力值/MPa 80 0.42 1.15 1.88 15 提升百分比/%
不平衡受力和雷击联合作用的复杂运行工况下 70 92.5 97.5 99.8 101.1 101.9
氧化锌电阻片界面处应力均大于不平衡受力与雷 77.5 84.2 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 10

电冲击分别单独作用时的应力之和，如图 12 所示。 5
由图 12 可知，单一雷击的复杂运行工况，氧化锌 0 1 2 3 4 5 6
电阻片界面处应力增加了 25.5%，而多重雷击的复 工况
杂运行工况，氧化锌电阻片界面处应力增加了 25.8%。 图 13 氧化锌电阻片界面处应力的大小变化规律
Fig. 13 The variation law of stress magnitude at the
出现了非线性增强现象。
interface of zinc oxide resistors
针对不同水平拉力下的应力值进行分析。设
置 不 同 工 况 ， 记 14.7 N 为 工 况 1、 44.1 N 为 工 况 4 结论
2、 77.5 N 为 工 况 3、 102.9 N 为 工 况 4、 132.3 N 为
工况 5、147 N 为工况 6。研究复杂工况下氧化锌 本 文 采 用 数 值 模 拟 的 方 法 建 立 了 配 网 10 kV
电阻片界面处应力的大小变化规律，如图 13 所示。 氧化锌避雷器“电-热-力”多物理场仿真模型，
由图 13 可知，随着不平衡受力值的增加，应 分析了复杂运行工况下考虑不平衡受力时避雷器
力值非线性提升百分比也在增加，增长速度近似 承受大电流冲击的内部电-热-力分布情况，所建
对数式增长。分析原因是材料接触状态的动态变 电-热-力多物理场耦合仿真为氧化锌避雷器在复
化。初始的不平衡机械应力首先改变了氧化锌电 杂工况下的应力分布研究提供新模式。
阻片与金属金具之间理想的面接触状态，导致接 1）避雷器受到不平衡受力时应力主要集中于
触面积减小，形成局部应力集中点。 氧化锌电阻片棱角、底座螺栓根部。底座的螺栓
雷击过程中，雷电流产生的焦耳热在氧化锌 根部应力最集中，最大值达到 67.5 MPa，最下方
电阻片上积累导致极短时间内引发温度骤升，发 氧化锌电阻片、金具界面交界线处出现了应力集
生 热 膨 胀 并 且 导 致 与 金 具 和 环 氧 树 脂 筒 之 间 产 中的趋势，应力最大值达 3.7 MPa。
生碰撞挤压。随着不平衡受力值的增加电阻片和 2）多重雷击会增加避雷器热应力，只有雷电

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