一起110kV線路避雷器阻性電流增大的原因分析

劉勤鋒

摘? 要：針對(duì)運(yùn)行電壓下交流泄漏電流帶電測(cè)試發(fā)現(xiàn)的某110kV線路避雷器阻性電流增大明顯的問題，介紹了該缺陷避雷器的跟蹤測(cè)試過程，并結(jié)合各種測(cè)試數(shù)據(jù)和返廠解體情況，對(duì)該線路避雷器阻性電流增大的原因進(jìn)行分析。通過實(shí)踐案例分析，為避雷器的運(yùn)行維護(hù)和性能檢測(cè)提供了寶貴工作經(jīng)驗(yàn)。避雷器的廣泛應(yīng)用，在有效保護(hù)其他設(shè)備免受過電壓侵害的同時(shí)，其自身的健康狀況也會(huì)直接威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：線路避雷器? 阻性電流? 增大? 電阻片

中圖分類號(hào)：TM862 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）01（a）-0024-03

避雷器是電力系統(tǒng)中用來保護(hù)各種電氣設(shè)備免受過電壓損壞的電氣產(chǎn)品，其主要作用是吸收雷電過電壓、操作過電壓等沖擊能量，防止過電壓進(jìn)入變電站及用戶而損壞電力設(shè)備及用電設(shè)備[1-4]。避雷器的廣泛應(yīng)用，在有效保護(hù)其他設(shè)備免受過電壓侵害的同時(shí)，其自身的健康狀況也會(huì)直接威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，通過各種帶電和停電的測(cè)試方法加強(qiáng)避雷器性能診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備缺陷，意義極其重大。其中，每年雷雨季節(jié)前進(jìn)行一次運(yùn)行電壓下交流泄漏電流測(cè)試，是35kV及以上金屬氧化鋅避雷器的一個(gè)重要試驗(yàn)項(xiàng)目[5]。

1? 缺陷避雷器的跟蹤測(cè)試情況

某220kV變電站的某110kV線路金屬氧化鋅避雷器，型號(hào)為YH10W5-108/268，于2014年11月投入運(yùn)行。在2016年3月的避雷器運(yùn)行電壓下交流泄漏電流帶電測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)該線路B相避雷器的阻性電流較2015年8月的測(cè)試結(jié)果增大44%（由0.070mA增至0.101mA）。并于2016年6月的紅外線測(cè)溫中發(fā)現(xiàn)該線路B相避雷器的中上部存在局部發(fā)熱現(xiàn)象（較A、C兩相相同位置的溫度分別高0.8K、1.7K左右，較其本體其他部位的溫度最大高1K左右）。

隨后，縮短對(duì)該避雷器的運(yùn)行電壓下交流泄漏電流帶電測(cè)試及紅外線測(cè)溫的試驗(yàn)周期，在一年多的帶電跟蹤測(cè)試中，缺陷現(xiàn)象雖然一直存在但未見惡化跡象。

從以上數(shù)據(jù)可見，該避雷器投運(yùn)一年多后阻性電流增大44%，接近南方電網(wǎng)編制的Q/CSG 114002-2011電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中“當(dāng)阻性電流增加50%時(shí)應(yīng)該分析原因，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、適當(dāng)縮短檢測(cè)周期”的要求[6];另該避雷器溫升達(dá)1K左右，根據(jù)《DL/T 664-2016帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》診斷判據(jù)需進(jìn)行停電試驗(yàn)檢查。

2017年9月，對(duì)該線路避雷器進(jìn)行停電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該B相避雷器的0.75U1mA下泄漏電流為48μA（A、C兩相分別為10μA、15μA，試驗(yàn)規(guī)程中標(biāo)準(zhǔn)為不大于50μA），另絕緣電阻、直流1mA電壓U1mA等試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，且與交接等歷史數(shù)據(jù)基本一致。

2? 返廠試驗(yàn)及解體情況

2.1 返廠試驗(yàn)

為了進(jìn)一步查找設(shè)備的缺陷原因，于2018年2月將該缺陷避雷器進(jìn)行返廠試驗(yàn)及解體分析。解體前，在工頻持續(xù)電流阻性分量及局部放電測(cè)試上，與廠內(nèi)另一臺(tái)同類型的正常避雷器做了對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1、表2。

2.2 解體檢查情況

完成相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目后，對(duì)該避雷器進(jìn)行解體檢查，共拆出氧化鋅電阻片32片、鋁墊片6片、壓緊彈簧3個(gè)（分別置于本體的頂部、底部及中間位置）。在外觀檢查中，除了發(fā)現(xiàn)中間彈簧往上的4片電阻片存在表面鍍鋁層脫落、變色外，其他電阻片外觀均無(wú)異常。

由于該避雷器的絕緣筒內(nèi)壁與氧化鋅電阻片芯體側(cè)面之間的空隙注采用注入液體樹脂填充的處理方式，樹脂硬化后絕緣筒和電阻片將固化成一體，導(dǎo)致解體后的電阻片大部分都?xì)埲辈蝗瑢?duì)其中12片外觀完整的電阻片進(jìn)行直流參考電壓U1mA和直流泄漏電流I75%U1mA測(cè)試，并無(wú)發(fā)現(xiàn)異常情況。

3? 影響避雷器阻性電流增大的可能原因

從各試驗(yàn)項(xiàng)目及解剖檢查發(fā)現(xiàn)，該避雷器有3個(gè)明顯特征：局部放電信號(hào)明顯，泄漏電流偏大，發(fā)熱部位的內(nèi)部元件的鍍鋁層已松脫變色以及接觸面沾有填充樹脂。因此，設(shè)備故障的可能原因有以下幾方面。

3.1 內(nèi)部電場(chǎng)不均勻?qū)е戮植糠烹?，引發(fā)局部發(fā)熱劣化

（1）氧化鋅電阻片的邊角破損。為了避免尖端等引起局部電場(chǎng)的不均勻，氧化鋅電阻片在生產(chǎn)過程中都必須進(jìn)行倒角處理。氧化鋅電阻片具有陶瓷特性的“硬”和“脆”，在生產(chǎn)和安裝過程中很容易由于碰撞等原因造成電阻片的邊角破損。

（2）鍍鋁層工藝不過關(guān)。氧化鋅電阻片其中的一個(gè)重要制造工藝就是將片間的接觸面打磨平整，并鍍上鋁層。接觸面打磨不平整，鍍鋁層不均勻等原因都會(huì)導(dǎo)致安裝后接觸不良引起局部放電。

（3）注膠過程中將樹脂注入電阻片間的接觸面內(nèi)。電阻片等部件之間的主回路接觸面的接觸壓力是靠彈簧壓緊而產(chǎn)生的。注膠過程中，液體樹脂必須具備一定壓力才能注入。當(dāng)電阻片或鋁墊片的接觸面之間存有縫隙或接觸面接觸壓力小于液體樹脂注入時(shí)的壓力，液體樹脂就會(huì)注入電阻片等部件的接觸面之間，從而導(dǎo)致主回路接觸不良，引發(fā)局部放電或發(fā)熱。

（4）注膠過程中產(chǎn)生氣泡或縫隙。據(jù)廠家介紹，該類型避雷器的電阻片芯體與絕緣筒之間的空隙是采用真空注膠，填充膠是從底部注入，但注膠后靜置時(shí)填充膠往底部沉淀，因此頂部往往出現(xiàn)填充膠不結(jié)實(shí)的現(xiàn)象。當(dāng)注膠不均勻或產(chǎn)生氣泡，必然引起電場(chǎng)的分布不均勻，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生局部放電。

3.2 絕緣處理存在缺陷

（1）氧化鋅電阻片側(cè)面的絕緣處理存在缺陷。氧化鋅電阻片側(cè)面的絕緣處理也是一個(gè)重要工藝，除了要均勻噴涂絕緣材料外，還要防止在對(duì)接觸面鍍鋁過程中沾上鋁粉。如果電阻片側(cè)面的絕緣處理工藝不過關(guān)，必將引起泄漏電流增大。

（2）絕緣筒局部劣化。絕緣筒作為支撐和固定的主要部件，運(yùn)行電壓直接加在其兩端，正常情況下其本體的泄漏電流將非常小，如果其產(chǎn)品質(zhì)量存在問題，泄露電流將增大并引起局部發(fā)熱劣化。

4? 阻性電流增大原因確認(rèn)

在將近2年的跟蹤測(cè)試中，該避雷器的缺陷雖一直存在但無(wú)惡化跡象，可見這是一個(gè)緩慢輕微的內(nèi)部缺陷。在解體中，中間壓緊彈簧靠上的4片電阻片的上下接觸面鍍鋁層均有明顯氧化脫落以及變色現(xiàn)象，這與紅外熱像圖中的發(fā)熱部位相吻合，可以鎖定該避雷器的缺陷部位在中間壓緊彈簧靠上的4片電阻片上。

中間壓緊彈簧靠上的電阻片的下接觸面上沾滿糊狀的填充樹脂，可以判斷該避雷器在生產(chǎn)過程中存在樹脂注入電阻片間的接觸面內(nèi)的現(xiàn)象，這是該設(shè)備缺陷的根本原因。由于樹脂的注入，導(dǎo)致該接觸面接觸不良，從而引發(fā)局部放電，局部放電產(chǎn)生發(fā)熱。局放與發(fā)熱的持續(xù)惡化，熱量的往上傳遞，導(dǎo)致中間壓緊彈簧靠上的4片電阻片產(chǎn)生鍍鋁層脫落變色的劣化。

5? 結(jié)語(yǔ)

在該起避雷器阻性電流增大的原因分析中，可以發(fā)現(xiàn)，避雷器的構(gòu)造雖簡(jiǎn)單，但其制造工藝的要求是不可輕視的。對(duì)于避雷器的質(zhì)量檢測(cè)和日常維護(hù)，筆者提出以下建議。

（1）嚴(yán)格把關(guān)避雷器出廠試驗(yàn)中局部放電測(cè)試的結(jié)果。在2010年版氧化鋅避雷器國(guó)標(biāo)中，氧化鋅避雷器在1.05倍持續(xù)運(yùn)行電壓下的局放信號(hào)的要求由原來的“不大于50pC”提高到“不大于10pC”[7]，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家也早已實(shí)行不大于5pC的要求。局部放電能量雖少，但由于長(zhǎng)期存在必將引起局部發(fā)熱裂化等缺陷，應(yīng)加強(qiáng)重視。通過嚴(yán)格把關(guān)出廠試驗(yàn)中避雷器局放測(cè)試結(jié)果，從源頭有效把控產(chǎn)品的制造質(zhì)量。

（2）采用帶電測(cè)試的手段，取代避雷器的計(jì)劃性停電預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)20世紀(jì)90年代我國(guó)電力系統(tǒng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，110kV及以上國(guó)產(chǎn)金屬氧化物避雷器事故率0.286相/百相年，其中受潮引起事故占60%;進(jìn)口設(shè)備0.34相/百相年，主要是由于老化、參考電壓低、發(fā)片溫度系數(shù)過大和電位分布不均等造成[8]。金屬氧化物閥片的阻性電流是判斷閥片是否老化或受潮的最常用方法。此外，避雷器的受潮、劣化等缺陷引起阻性電流增大，從而導(dǎo)致發(fā)熱現(xiàn)象，因此采用紅外線測(cè)溫結(jié)合運(yùn)行電壓下交流泄漏電流帶電測(cè)試的方式完全可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。

參考文獻(xiàn)

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