氧化鋅避雷器絕緣擊穿故障分析

摘要：本文介紹了一起由于雷電過電壓導(dǎo)致XX變電站10kV1段母線C相避雷器絕緣擊穿的事故，重點分析了無間隙金屬氧化物避雷器絕緣損壞的原因，總結(jié)了在今后采取的措施和重點工作。

關(guān)鍵詞：避雷器 雷擊過電壓 故障

1 概述

無間隙金屬氧化物避雷器（以下簡稱MOA），一般采用氧化鋅閥片結(jié)構(gòu)。普遍用在發(fā)電廠、變電站、輸配電線路，用以保護發(fā)電機、變壓器、母線、線路等發(fā)輸變配電設(shè)備，避免雷電過電壓和操作過電壓的沖擊。以變電站為例主變出口、母線設(shè)備、GIS線路側(cè)普遍采用了MOA，用以保護相應(yīng)電力設(shè)備。但是隨著運行時間的增長，MOA在長期運行電壓或雷電過電壓、操作過電壓作用下，氧化鋅閥片不斷劣化、老化，最終可能在一次外部（或內(nèi)部）沖擊下，MOA出現(xiàn)絕緣擊穿損壞事故，從而引起變壓器、線路等被保護設(shè)備的跳閘或接地事故，嚴重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2 事故原因分析

2011年6月，由于雷電過電壓導(dǎo)致XX變電站10kV1段母線C相避雷器絕緣擊穿的事故?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)C相避雷器外絕緣破裂，絕緣電阻為0（使用2500V絕緣電阻表），該支避雷器已經(jīng)發(fā)生絕緣擊穿。同時對A相、B相避雷器進行試驗，數(shù)據(jù)合格，符合相關(guān)規(guī)程的要求。現(xiàn)場處理措施：立即更換了C相避雷器。原因分析如下：

2.1 生產(chǎn)廠家制造工藝不過關(guān)，密封不嚴。MOA密封老化情況，主要是生產(chǎn)廠采用的密封技術(shù)欠完善，采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定，密封材料在制造過程中澆注不均勻，長期運行電壓下易出現(xiàn)徑向電位差。2011年6月出現(xiàn)該事故的MOA，解體發(fā)現(xiàn)密封材料不勻稱，在運行電壓下間歇性放電，加速外皮劣化。在雷電壓作用下而引起爆炸。

2.2 抗老化、抗沖擊性能差。在MOA產(chǎn)品全壽命的中后期，閥片劣化造成阻性電流上升，有功功率增大，長期的熱效應(yīng)顯著增加，避雷器內(nèi)部氣體壓力和溫度急劇增高，引起MOA本體擊穿。另外閥片在制造過程中，不均勻，每片直流1mA電壓試驗數(shù)據(jù)之間存在一定差距，電位分布不均勻。隨著運行時間的增長，首端閥片開始劣化，各閥片之間長槍分布不均勻，形成惡性循環(huán)，造成避雷器參考電壓下降，阻性電流和功率損耗隨之增加。

對于首端閥片劣化的MOA，閥片的抗沖擊能力變?nèi)?，在頻繁吸收雷電過電壓能量過程中，閥片頻繁動作，急劇加速了閥片的劣化而損壞。此次雷電過電壓導(dǎo)致該站10kV1段母線避雷器熱崩潰而直接擊穿的直接原因。

2.3 受潮。該變電站10kV1段母線C相避雷器的兩端密封不嚴，內(nèi)外溫度相差較大時，使潮氣或水分浸入，凝結(jié)在MOA內(nèi)部，加速了閥片的劣化，造成內(nèi)部絕緣降低而引起損壞。另外閥片沒有通流痕跡，在硅橡膠套內(nèi)壁有明顯的閃絡(luò)痕跡，在金屬附件上有銹斑或鋅白，這也佐證了MOA確已受潮。這屬于設(shè)計上存在一定不良情況。雷電過電壓是此次擊穿事故的直接外部原因，受潮是此次氧化鋅避雷器擊穿事故的主要內(nèi)因。

2.4 電網(wǎng)電壓較高，諧波較多。該變電站向石太鐵路供電、鋼廠等用戶供電，電壓波動明顯，諧波較多。MOA在長期較高的運行電壓下，就可能造成熱崩潰。變電站的穩(wěn)態(tài)電壓過高，勢必會損壞避雷器性能老化加速。在正弦電壓作用下，奇次諧波就已經(jīng)比較明顯，由于氧化鋅閥片的非線性，在高次諧波作用下，則更加速了閥片的劣化。

3 采取的措施

更換該變電站10kV1段母線C相避雷器，同時對該變電站10kV1段母線故障避雷器的同批次、同型號避雷器開展狀態(tài)評價工作。針對劣化趨勢比較明顯的避雷器逐步進行更換。

4 今后的重點工作

4.1加強避雷器的設(shè)計選型。在選擇生產(chǎn)廠家時，應(yīng)選擇有先進的制造工藝設(shè)備和檢測手段比較成熟完善的生產(chǎn)廠家，應(yīng)優(yōu)先選用多年穩(wěn)定運行經(jīng)驗的產(chǎn)品，保證MOA產(chǎn)品抗老化、耐沖擊性能良好，運行穩(wěn)定可靠。

4.2 加強變電站諧波治理力度。如果有條件，可在有諧波源的母線上增設(shè)動態(tài)無功補償或加裝消諧裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波，控制在IEC標準允許范圍內(nèi)。

4.3 高度重視避雷器帶電測試、紅外測溫工作，逐步開展開關(guān)柜超聲波局部放電測試工作，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部局部放電等故障。

4.4 加強MOA的技術(shù)管理，對每一支運行的避雷器建立試驗臺賬檔案，對出廠試驗數(shù)據(jù)、組行電流帶電檢測試驗數(shù)據(jù)、停電例行試驗數(shù)據(jù)進行綜合分析，掌握MOA的運行狀況。

5 結(jié)束語

氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電、系統(tǒng)暫態(tài)過電壓、受潮、本身故障、制造工藝不良等情況。在實際運行過程中，MOA絕緣擊穿原因是多種情況綜合的結(jié)果，所以MOA的劣化、老化情況具有一定分散性、離散性、特殊性，及雷電、操作過電壓、諧波、運行環(huán)境等的隨機性，都決定了MOA的安全運行的穩(wěn)定可靠。今后工作中摸索開關(guān)柜超聲波局部放電的檢測方法，或者改變開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將避雷器下端通過電纜引出來，增加避雷器帶電測試接口，監(jiān)測10kV開關(guān)柜內(nèi)的避雷器狀態(tài)。

參考文獻：

[1]成永紅.電力設(shè)備絕緣檢測與診斷[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]周澤村，沈其工，方瑜.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]楊彪.一起35kV氧化鋅避雷器擊穿的事故分析及防范措施[A]. 2011年云南電力技術(shù)論壇論文集（入選部分）[C].2011.

作者簡介：馬西躍（1985-），男，河北滄州人，助理工程師，研究方向：變電檢修。