金屬氧化物避雷器老化引起發(fā)熱的事件分析

摘要：金屬氧化物避雷器在運(yùn)行中通過的電流為微安級，因此該設(shè)備出現(xiàn)的發(fā)熱問題多是電壓型致熱?，F(xiàn)結(jié)合實(shí)際案例，重點(diǎn)對故障設(shè)備的帶電、停電測試數(shù)據(jù)和解體情況進(jìn)行分析，可為變電人員對運(yùn)行中金屬氧化物避雷器老化缺陷診斷提供一些參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：避雷器;老化;發(fā)熱

0 ? ?引言

2017年10月19日，試驗(yàn)班組在對220 kV某變電站110 kV某線路避雷器進(jìn)行日常測溫時，發(fā)現(xiàn)B相避雷器有發(fā)熱現(xiàn)象，較其他相有1.4 ℃左右的溫差，隨后發(fā)現(xiàn)其阻性電流與其他相相比也有明顯差別。11月6日，在試驗(yàn)大廳對該組避雷器進(jìn)行停電試驗(yàn)，在原始狀態(tài)及清抹表面后均得出B相數(shù)據(jù)不合格的結(jié)果，證實(shí)避雷器內(nèi)部故障。隨后對故障避雷器進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)外絕緣筒內(nèi)壁、內(nèi)絕緣筒外壁均光滑無水漬，而金屬蓋光亮無氧化銹蝕痕跡，避雷器整體密封性能良好。接著對每塊氧化鋅閥片進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分閥片絕緣電阻偏低，75%參考電壓下的泄漏電流過大，初步認(rèn)為部分氧化鋅閥片存在老化現(xiàn)象，在運(yùn)行電壓下泄漏電流增大，導(dǎo)致避雷器發(fā)熱。

1 ? ?帶電測試情況

1.1 ? ?紅外測試圖譜

由圖1紅外測溫圖譜可以看出，B相避雷器內(nèi)部發(fā)熱，與導(dǎo)線連接處溫度最高。根據(jù)同類比較判斷法，三相運(yùn)行高壓設(shè)備作用于每一相的電壓相同，設(shè)備相同部位的正常溫升應(yīng)該一樣，認(rèn)為設(shè)備存在電壓型致熱故障[1]。根據(jù)紅外圖像，避雷器上半部分溫度升高，懷疑部分閥片非線性特性出現(xiàn)變化，導(dǎo)致避雷器電位分布不平衡，阻性電流和功率輸出不平均使局部發(fā)熱。

1.2 ? ?阻性電流及全電流測試數(shù)據(jù)

將本次試驗(yàn)與年初1月數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)A、C相全電流和阻性電流均無較大變化，而B相全電流較1月增長13.7%，阻性電流增長12.8%。雖然阻性電流增長值未達(dá)50%的規(guī)程要求[2]，但三相的全電流和阻性電流的不平衡率有所增加，說明設(shè)備運(yùn)行狀況發(fā)生變化[3]，考慮到線路避雷器安裝位置較高，更換并運(yùn)回三相避雷器進(jìn)行分析。

2 ? ?停電測試情況

（1）首先進(jìn)行三相避雷器整體試驗(yàn)，得出數(shù)據(jù)如表1所示。三相避雷器的絕緣電阻合格，B相避雷器I75%U 1 mA（μA）項(xiàng)目不合格[4]。清抹后仔細(xì)觀察避雷器表面，光滑完整且無放電痕跡，排除外絕緣筒外表面泄漏電流的影響，懷疑為內(nèi)部缺陷。隨后對B相避雷器進(jìn)行解體。

（2）將避雷器分解成外絕緣筒和內(nèi)絕緣筒兩部分，其中氧化鋅閥片包裹在內(nèi)絕緣筒里面。解體后觀察外絕緣筒與上密封蓋的密封性能良好，內(nèi)絕緣筒外壁和外絕緣筒內(nèi)壁無受潮現(xiàn)象和放電點(diǎn)，上密封蓋附近金屬部位光亮無氧化痕跡。對兩部分進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)外絕緣筒絕緣電阻和泄漏電流均無問題，但內(nèi)絕緣筒+閥片部分的泄漏電流過大，達(dá)到87 μA，超過50 μA的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。之后對內(nèi)絕緣筒進(jìn)行解體，B相避雷器解體后試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

（3）將內(nèi)絕緣筒分解成氧化鋅閥片和內(nèi)絕緣筒兩部分，通過觀察得到內(nèi)絕緣筒內(nèi)壁無水漬、放電和灼燒等痕跡，閥片完好且表面釉層白亮呈銀色。因此，對單個閥片進(jìn)行測試。

該型避雷器由33個氧化鋅閥片組成，全部安裝在內(nèi)絕緣筒里面。對單個閥片進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中17個閥片絕緣電阻偏低，I75%U 1 mA超過50 μA，實(shí)際上非線性特性已經(jīng)改變，數(shù)據(jù)不合格;另外，還有4個閥片I75%U 1 mA數(shù)據(jù)處于接近不合格的臨界狀態(tài)。隨后對內(nèi)絕緣筒進(jìn)行試驗(yàn)，其絕緣電阻和I75%U 1 mA數(shù)據(jù)均合格。

（4）分析問題為廠家裝配時選用的氧化鋅閥片U1 mA值相差過大，造成設(shè)備在運(yùn)行中加速老化。為驗(yàn)證猜想，檢查三相閥片裝配時的情況，取銘牌值U1 mA為樣本，并對A、C相避雷器進(jìn)行解體，記錄三相各33塊閥片的U1 mA銘牌值為3組數(shù)據(jù)，并計算3組數(shù)據(jù)的不平衡率和方差，得出結(jié)果如表3所示?？梢?，三組閥片的平均值U相間差別不大，但是B組閥片的不平衡率和方差均為3組最大，說明B組閥片U1 mA相差幅度最大，且離散程度最高。

3 ? ?故障原因分析

（1）外絕緣筒與避雷器上下密封蓋之間的密封性能良好無裂縫，潮氣不易滲入。外絕緣筒表面清抹前后泄漏相差不大，排除表面泄漏影響;內(nèi)壁干燥無爬電現(xiàn)象。經(jīng)過絕緣電阻與直流泄漏電流試驗(yàn)，數(shù)據(jù)均合格。說明外絕緣筒不是故障原因。

（2）內(nèi)絕緣筒的內(nèi)、外壁特性相似，均呈光滑干燥狀，仔細(xì)觀察無水漬、閃絡(luò)和灼燒痕跡。通過絕緣電阻與直流泄漏電流試驗(yàn)，數(shù)據(jù)均合格。說明內(nèi)絕緣筒也不是故障原因。

（3）氧化鋅閥片表面釉層光亮無閃絡(luò)痕跡，兩端也沒有發(fā)現(xiàn)大電流通過后的放電斑痕，排除受潮和瞬間大電流造成閥片損壞的可能。在對氧化鋅閥片的絕緣電阻、參考電壓和泄漏電流的試驗(yàn)中，部分閥片絕緣電阻偏低、I75%U 1 mA過大，說明閥片的非線性特性已經(jīng)變化。其中22～33號閥片的集體老化，對應(yīng)紅外觀測到發(fā)熱的位置。綜上，閥片老化是故障原因。

（4）該避雷器2011年出廠，2012年投產(chǎn)。在運(yùn)行5年時間內(nèi)發(fā)生老化現(xiàn)象，可能原因如下：一是閥片老化特性不好，在運(yùn)行電壓下閥片提前老化，使阻性電流和功率損耗增大導(dǎo)致發(fā)熱;二是避雷器選配的閥片均一性差。閥片的老化特性不好和均一性差會使避雷器運(yùn)行電位分布不均，造成部分閥片首先劣化，阻性電流和有功損耗增加。因?yàn)殡妷翰蛔?，其他正常閥片的荷電率增加，負(fù)擔(dān)加重，老化加快，形成惡性循環(huán)。如果不能及時發(fā)現(xiàn)故障，將有可能因發(fā)熱引起避雷器擊穿，影響電網(wǎng)安全。

4 ? ?結(jié)論及措施

綜上所述，220 kV某站110 kV某線B相線路避雷器故障是由于部分氧化鋅閥片老化引起的。據(jù)此，提出建議如下：

（1）合理選擇均一性好、老化特性好的閥片來裝配避雷器。

（2）避雷器投運(yùn)初期要進(jìn)行停電試驗(yàn)。直流1 mA參考電壓和75%1 mA參考電壓下泄漏電流對閥片老化、進(jìn)水受潮的缺陷反應(yīng)比較靈敏。

（3）定期巡視避雷器的泄漏電流監(jiān)測裝置，并將數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較、與同類設(shè)備比較，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化時，及時通知相關(guān)部門確認(rèn)數(shù)據(jù)變化的原因，避免發(fā)生事故。

（4）定期進(jìn)行全電流和阻性電流的帶電測試。運(yùn)行電壓下氧化鋅避雷器的全電流、阻性電流檢測是發(fā)現(xiàn)閥片缺陷的有效方法。特別是在停電試驗(yàn)周期未到時，進(jìn)行全電流、阻性電流檢測可以有效降低設(shè)備故障風(fēng)險。當(dāng)遇到全電流、阻性電流三相不平衡過大的情況時，要進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，及時分析原因。

（5）定期開展避雷器的紅外檢測，對氧化鋅避雷器的老化缺陷判斷有重要的意義。避雷器的發(fā)熱缺陷多為電壓型致熱，此類缺陷產(chǎn)生后，通常為局部發(fā)熱，熱量有限，由于絕緣層的熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響，運(yùn)行電壓下反饋到設(shè)備外部的溫度變化較少，因此對此類設(shè)備的檢測需要高精度的紅外檢測儀器和耐心細(xì)致的觀察對比。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程：Q/CSG 1206007—2017[S].

[3] 黃新波.變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4] 交流無間隙金屬氧化物避雷器：GB 11032—2010[S].

收稿日期：2021-06-28

作者簡介：馮國驥（1988—），男，廣東開平人，工程師，從事一次設(shè)備高壓試驗(yàn)及檢修工作。