一起避雷器阻性電流試驗分析

岳剛

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江供電局，云南 麗江 674100）

0 前言

避雷器是用來保護(hù)電氣設(shè)備免受瞬態(tài)過電壓危害的一種重要電器設(shè)備。其結(jié)構(gòu)為將若干片ZnO電阻片串聯(lián)壓緊密封在避雷器外套內(nèi)[1]。避雷器的限壓作用是靠ZnO電阻片來實現(xiàn)的，ZnO電阻片具有優(yōu)異伏-安特性，在工作電壓下，泄漏電流只有毫安數(shù)量級，而且基本上是容性分量，接近絕緣狀態(tài)。在過電壓發(fā)生時，避雷器電阻變小，釋放能量，能量釋放之后電阻片又恢復(fù)到最初的高阻狀態(tài)[2]。

由于氧化鋅避雷器長期承受系統(tǒng)電壓、過電壓、污穢引起的電壓分布不均勻和內(nèi)部受潮等因素影響，其絕緣性能下降，非線性特性劣化，造成MOA老化，甚至爆炸，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行[3]。因此，對避雷器的絕緣性能進(jìn)行試驗，可以及早發(fā)現(xiàn)和排除故障，防止事故的發(fā)生[4]。

1 MOA阻性電流測量的意義

在運(yùn)行情況下，流過避雷器的主要電流為容性電流，而阻性電流只占很小一部分，約為10%～25%左右。但當(dāng)內(nèi)部老化、受潮等絕緣部件受損以及表面嚴(yán)重污穢時，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加，因此通過測量MOA阻性電流的變化，就可以了解氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)避雷器是否進(jìn)水受潮以及檢測閥片是否老化或劣化等[5]。

測試儀器一般通過測量MOA兩端電壓和流過MOA的電流，得到電壓有效值U，電流有效值I和I超前U的相位角Φ。在現(xiàn)場帶電測量的情況下，U是運(yùn)行電壓，I是MOA的總泄漏電流。

由上圖1，可以計算基波阻性電流IR1和基波容性電流IC1：

圖1

1.1 參數(shù)特性

全電流I：可以判斷MOA性能，但不如阻性電流靈敏。從上圖可以看出，假定IC1不變，Φ從85°減小到65°，阻性電流增加到4.8倍全電流只增加到1.1倍放電計數(shù)器大都帶有全電流表，全電流明顯增加也能反映出MOA性能劣化程度。

阻性電流IR1：帶電測量的主要數(shù)據(jù)。Φ接近90°時不宜用“阻性電流增加了多少倍”評價MOA性能。因為Φ=90°時，IR=0。受相間干擾影響，Φ可能大于90°，此時IR1為負(fù)值。

相位角Φ：判斷MOA性能是比較好的方法。其原因是：運(yùn)行電壓會隨電網(wǎng)負(fù)載變化，這種變化會影響I和IR，但Φ不受影響，Φ與介損本質(zhì)相同。對容性設(shè)備而言，介損等于tgδ（δ=90°-Φ，在90°附近），阻性電流基本與δ成正比，與Φ偏離90°的距離成正比。Φ是原始數(shù)據(jù)，相間干擾直接影響Φ。IR1是間接計算量[6]。

1.2 Φ角性能判斷

根據(jù)Φ角對MOA的性能進(jìn)行評判，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，制作了一個對比表格如表1，儀器按照此表給出MOA評價。

表1 結(jié)論對應(yīng)的角度

質(zhì)量良好的MOA出廠時Φ約為86°，現(xiàn)場測量大多數(shù)MOA的Φ在83°附近。一些數(shù)據(jù)表明，Φ低于60°時，MOA接近發(fā)生熱崩潰[7]。

MOA阻性電流測量數(shù)據(jù)和性能判斷都嚴(yán)重依賴Φ。測量過程影響Φ的原因很多，比如：

1）電壓電流任何一個信號接反了，會相差180°。

2）使用非待測相PT參考電壓，Φ相差120°或240°。

3）使用B相接地的PT參考電壓，Φ相差30°、150°等等[8]。

4）相間干擾影響。

2 避雷器故障分析

某110 kV變電站35 kV避雷器于2013年投運(yùn)，型號為YH10WX-54/142，設(shè)備運(yùn)行單位技術(shù)人員在2020年1月對該站35 kV避雷器進(jìn)行帶電測試時，發(fā)現(xiàn)35 kV南關(guān)線線路B相避雷器阻性電流測試不合格，為了查找B相避雷器試驗不合格的原因，開展了以下檢測和解體檢查。

2.1 阻性電流測試

試驗人員使用儀器1對35 kV南關(guān)線線路避雷器進(jìn)行了阻性電流帶電測試，試驗數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 避雷器阻性電流測試

從歷年數(shù)據(jù)分析測試值來看，2020年IR1P阻性電流基波峰值增長達(dá)7129.63%，可初步判斷B相避雷器本體氧化鋅閥片嚴(yán)重受潮、劣化，可能本體內(nèi)部已有積水。

2.2 放電計數(shù)器檢查

放電計數(shù)器檢查A、C相泄露電流相差不大，B相1.1 mA，相比A、C相明顯偏大，計數(shù)器試驗正常，可排除放電計數(shù)器采集電流不正確的可能性，計數(shù)器動作次數(shù)無明顯跨越次數(shù)，可排除雷擊損壞避雷器的概率。

2.3 紅外測溫檢查

對35 kV南關(guān)線線路避雷器進(jìn)行紅外測溫，從紅外測溫結(jié)果看：當(dāng)時測溫負(fù)荷為700 kW，A、C相溫度幾乎一樣，而B相的溫度為16.1度與A、C相的溫度溫差達(dá)到6 K，依據(jù)行標(biāo)DL/T664-2008標(biāo)準(zhǔn)，氧化鋅避雷器的溫差在0.5-1 K之間，B相的溫差已超過規(guī)程規(guī)定值，紅外測溫是檢查MOA內(nèi)部閥片的運(yùn)行狀態(tài)的一種監(jiān)測，由此可判斷氧化鋅避雷器閥片受潮或老化。建議對避雷器進(jìn)行停電開展直流泄漏試驗。

2.4 直流泄漏試驗

對35 kV南關(guān)線進(jìn)行停電試驗，B相線路避雷器主絕緣為75.8 MΩ，U1mA為35.6 kV，不滿足廠家要求≧80 kV，與前次U1mA測試值比較減小-55.56%。

Q/CSG1206007-2017《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》中規(guī)定：35 kV及以下電壓等級用2500 V兆歐表進(jìn)行絕緣電阻試驗，絕緣電阻不小于1000 MΩ，U1mA實測值與初始值或制造廠規(guī)定值比較，變化不應(yīng)大于±5%。

本次的主絕緣電阻及U1mA測試值均不滿足規(guī)程要求，該避雷器不具備運(yùn)行條件。

2.5 不同廠家儀器測試對比分析

使用儀器1和儀器2對35 kV南飛線避雷器進(jìn)行測試詳見表3。

表3 儀器1、2全電流、阻性電流測試

從儀器1、儀器2的測試數(shù)據(jù)看：A、B、C相全電流、阻性電流基波峰值一致，因此可排除測試設(shè)備損壞或差異的影響，可以判斷儀器1測試出的試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2.6 解體檢查

對35 kV南關(guān)線B相線路避雷器進(jìn)行了解體檢查。避雷器復(fù)合絕緣傘裙、上端密封、下端密封表面無放電及燒蝕痕跡，氧化鋅閥片基本完整，閥片側(cè)面存在放電痕跡。上端壓板、緊壓彈簧、均發(fā)現(xiàn)銹蝕痕跡，表明避雷器已發(fā)生受潮。同時，由于緊壓彈簧與閥片接觸，緊壓彈簧生銹表明潮氣已侵入氧化鋅閥片。避雷器內(nèi)部上端密封處有明顯的沙眼，緊壓彈簧連接的封板有明顯的生銹痕跡，潮氣侵入主要從沙眼處侵入，從而導(dǎo)致緊壓彈簧受潮生銹，進(jìn)一步導(dǎo)致閥片受潮而出現(xiàn)電蝕痕跡。因此，可判定潮氣從內(nèi)部上端密封沙眼破損處進(jìn)入。

3 故障原因分析

1）避雷器是由于雨水從本體沙眼處進(jìn)入避雷器內(nèi)部而受潮，氧化鋅片長時間被雨水浸泡所致，導(dǎo)致避雷器劣化，MOA發(fā)熱和阻性電流增加[9]。

2）避雷器在制作工藝上粗糙或干燥工藝把關(guān)不嚴(yán)，避雷器在出廠時本體上存在縫隙，導(dǎo)致在MOA存在先天性缺陷[8]。

3）B相避雷器發(fā)生故障的可能原因為：B相避雷器頂部密封金屬材料由于質(zhì)量的原因經(jīng)過長時間的運(yùn)行后出現(xiàn)縫隙，進(jìn)而使潮氣進(jìn)入使閥片受潮，導(dǎo)致避雷器內(nèi)部發(fā)熱溫度升高，阻性電流成倍增加。

4 結(jié)束語

1）基于上述對35 kV南關(guān)線線路B相避雷器試驗不合格的分析，由于避雷器本體密封不良存在先天性缺陷進(jìn)水受潮、氧化鋅避雷器閥片劣化，最終導(dǎo)致B相避雷器阻性電流試驗的不合格。所以每年定期開展避雷器阻性電流帶電測試，并結(jié)合紅外測溫輔助分析，從而對避雷器是否受潮進(jìn)行準(zhǔn)確地分析[10]。

2）加強(qiáng)零部件質(zhì)量的檢驗，不讓不合格的零部件進(jìn)入正常的生產(chǎn)流程。同時嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠例行試驗，把好質(zhì)量關(guān)，杜絕避雷器的質(zhì)量問題[11]。

3）開展避雷器交接驗收抽檢試驗，有效評估入網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量。同時應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)維，通過開展紅外測溫和阻性電流測試，準(zhǔn)確評估避雷器的運(yùn)行狀況，有效降低避雷器擊穿爆炸的運(yùn)行風(fēng)險，保證電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行[12-14]。