一起220kV變電站氧化鋅避雷器泄露電流超標(biāo)分析

摘要：本文研究了氧化鋅避雷器常見的泄漏電流產(chǎn)生原因以及測量方法，針對某220kV變電站氧化鋅避雷器泄漏電流超標(biāo)案例展開了分析，找出了故障原因。

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器;泄漏電流;超標(biāo)

0 引言

避雷器是電力系統(tǒng)重要的保護(hù)電器，它能有效地限制電網(wǎng)過電壓幅值，從而保護(hù)電氣設(shè)備免遭過電壓危害。避雷器性能的優(yōu)劣不僅對電氣設(shè)備的安全運行有重大影響，而且對電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益有顯著的影響。電力系統(tǒng)使用的避雷器主要有傳統(tǒng)的帶間隙碳化硅避雷器和無間隙氧化鋅避雷器兩種。

自20世紀(jì)70年代以來，各國對氧化鋅避雷器進(jìn)行了深入的研究，促進(jìn)了氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)的快速發(fā)展。氧化鋅避雷器由一個或并聯(lián)的兩個非線性電阻片疊合圓柱構(gòu)成。在并聯(lián)的兩個圓柱中，非線性電阻片被仔細(xì)地加以匹配以保證放電電流的均勻分配。

1 泄漏電流產(chǎn)生原因

（1）閥片老化

長時間承受工頻過電壓和高電壓雷擊沖擊氧化鋅內(nèi)部閥片會發(fā)生老化現(xiàn)象，非線性電阻特性下降，其在小電流區(qū)的伏安特性曲線會發(fā)生右移，正常情況下流過避雷器的泄漏電流會逐漸增加，閥片溫度也會隨之上升，溫度上升又會使得閥片的非線性特性下降，從而進(jìn)入一個老化死循環(huán)，溫度升高到一定值時避雷器性能會大幅下降，失去過電壓保護(hù)作用，嚴(yán)重時更會發(fā)生熱擊穿事故，對電網(wǎng)帶來嚴(yán)重影響。

（2）內(nèi)部受潮

當(dāng)氧化鋅避雷器絕緣外套密封不良受潮時，泄漏電流流過氧化鋅電阻閥片造成閥片溫度升高，使得受潮水分變成水蒸氣存在于避雷器內(nèi)腔中，當(dāng)周圍溫度下降，內(nèi)腔中的水蒸氣會受冷液化凝聚在避雷器內(nèi)部的電阻閥片和瓷套內(nèi)部上，造成電阻閥片泄漏電流增大以及瓷套閃絡(luò)電壓降低。當(dāng)潮氣增多到一定數(shù)量時，泄漏電流快速增大，增大后的電流一部分在閥片外側(cè)放電，一部分在受潮閥片內(nèi)部放電，當(dāng)放電達(dá)到一定強(qiáng)度時會導(dǎo)致閥片發(fā)生熱崩潰而破裂，甚至引起避雷器爆炸造成嚴(yán)重事故。

（3）瓷套表面污穢

暴露在室外的氧化鋅避雷器瓷套外表面容易發(fā)生污穢，尤其是雨雪等濕度大的天氣，污穢情況更加嚴(yán)重。發(fā)生污穢現(xiàn)象時流過避雷器的泄漏電流將明顯增大，其原因是泄漏電流中包含了瓷套表面污穢產(chǎn)生的污穢泄漏電流。隨著污穢程度的增加，污穢泄漏電流數(shù)值也會從微安級增加到毫安級。發(fā)生污穢時，氧化鋅避雷器等效電路可以看作是在非線性電阻旁并聯(lián)了一個分流電阻。

（4）局部放電

氧化鋅避雷器正常運行下，其閥片與避雷器外瓷套之間的徑向電位相差不大。當(dāng)外部瓷套發(fā)生污穢或內(nèi)部閥片受潮時，外瓷套的電位分布將發(fā)生改變，電位分布不再均勻，內(nèi)部閥片與外瓷套之間存在較大的徑向電位差，當(dāng)該電位差大于一定數(shù)值時，內(nèi)部閥片與外瓷套之間將發(fā)生徑向局部放電，放電產(chǎn)生脈沖電流。

2 泄漏電流監(jiān)測方法

（1）全電流法

氧化鋅避雷器老化、受潮，阻性泄漏電流增加，全電流隨之增加，監(jiān)測全泄漏電流的變化在一定程度上可以判斷阻性泄漏電流的變化情況。但正常運行時，氧化鋅避雷器全電流的阻性分量只占容性分量的一成左右，且兩者基波相位差90°，使得全電流的有效值或平均值主要取決于容性電流分量，即便是阻性電流翻倍，全電流的變化也不太明顯。因此，監(jiān)測氧化鋅避雷器的全泄漏電流沒有太大優(yōu)勢，只有嚴(yán)重受潮或老化情況才能表現(xiàn)出明顯變化。

（2）三次諧波阻性電流法

經(jīng)由三相接地線上的小互感器得到三次諧波阻性電流，通過其與阻性電流的關(guān)系求取阻性電流。方法簡單、快捷，但存在測量準(zhǔn)確性低、很難判斷三相中哪一相故障及無法排除電網(wǎng)中諧波對測量結(jié)果的影響等缺點。

（3）容性電流補(bǔ)償法

計算補(bǔ)償系數(shù)，在全電流中把容性電流補(bǔ)償?shù)?，得到阻性電流。最主要的缺點是很難克服氧化鋅避雷器相間干擾引起的測量誤差，使得求取的阻性電流將與實際值產(chǎn)生偏差。

3 案例分析

2019年4月12日，某220kV變電站全站設(shè)備放電聲音明顯增大，多個間隔氧化鋅避雷器三相泄漏電流超標(biāo)3倍左右，35kV系統(tǒng)避雷器泄漏電流超標(biāo)2倍左右，220kV系統(tǒng)避雷器泄漏電流超標(biāo)1.2倍左右，夜間巡視可見明顯放電。

針對避雷器泄漏電流異常情況，采用帶電檢測方法。在測量的過程中，主要采取以下幾點措施來屏蔽外界因素的干擾：首先將該組避雷器拆下來，使其與其他設(shè)備完全斷開;然后將避雷器的外套上的污穢物徹底清潔干凈并風(fēng)干;在試驗的時候?qū)⒃囼灨邏阂€與避雷器的夾角幾乎成90°，并加以屏蔽。經(jīng)過排除各種外界因素處理后，該組避雷器的泄漏電流雖然大多數(shù)在合格范圍內(nèi)，但是與交接試驗數(shù)據(jù)相比較存在明顯的上升趨勢。因此初步判斷該組避雷器存在老化的趨勢，避雷器本身存在缺陷，在電力安全生產(chǎn)中帶來運行事故隱患。

為了進(jìn)一步查明原因，聯(lián)合廠家對泄漏電流變化最大的避雷器進(jìn)行返廠解體檢查。首先打開避雷器的金屬頂蓋，未發(fā)現(xiàn)避雷器有放電的痕跡以及受潮的跡象。再解開避雷器的絕緣外套，仔細(xì)觀察也沒有任何放電的痕跡，避雷器的氧化鋅閥片也沒有受潮的跡象。初步排除密封不良、絕緣外套、聯(lián)接金具、裝配工藝等因素。把避雷器完全解體后，分別測量每一個電阻片元件的直流參考電壓和直流泄漏電流，發(fā)現(xiàn)有16片電阻閥片的泄漏電流≥30μA的，占總數(shù)的48.5%。

而廠家提供沒有投運過的電阻閥片正常的泄漏電流在10～30μA之間。最終確定是由于部分電阻閥片的直流參數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致避雷器的直流泄漏電流超標(biāo)的。經(jīng)檢查，該批避雷器用電阻片主要為2013年生產(chǎn)，經(jīng)對2013年以來電阻片生產(chǎn)發(fā)生變化的全部工藝進(jìn)行逐項分析、排查，發(fā)現(xiàn)在電阻片生產(chǎn)過程中由于供電不足曾頻繁停電，致使熱處理爐溫均勻性變差，這是電阻片直流小電流特性不穩(wěn)定的主要因素。其導(dǎo)致電阻片微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度變化，填隙鋅離子數(shù)量增加，晶界區(qū)域的離子遷移速度提高，引起肖特基勢壘畸變加大，在系統(tǒng)持續(xù)運行電壓和過電壓作用下，直觀表現(xiàn)為泄漏電流顯著增加。

4 結(jié)論

由以上分析可知，該變電站220 kV氧化鋅避雷器直流泄漏電流超標(biāo)是由于避雷器里面的部分電阻閥片在生產(chǎn)過程的工藝出了問題所導(dǎo)致的。這一次的事故分析，及時發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)品本身的缺陷，防止進(jìn)一步發(fā)展成為事故。在變電站日常運維過程中，必須重視避雷器泄漏電流超標(biāo)情況，盡可能采取有效措施減小避雷器泄漏電流，以保證變電站的安全可靠運行。

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作者簡介

梁暖祥（1975-），男，本科，助理工程師，高級技師，從事變電運行工作，