一起氧化鋅避雷器阻性電流超標(biāo)事件分析

李海鳳，劉 靜，郭良峰，王文海，郭祥雄

（1.國家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002；2.國網(wǎng)山東省電力公司恒源資產(chǎn)管理分公司，山東 濟(jì)南 250001；3.國網(wǎng)武漢供電公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

電力系統(tǒng)運行過程中，電力設(shè)備時常會發(fā)生過電壓的情況，如果過電壓值超過了電力設(shè)備的耐壓水平，其絕緣水平就會降低，從而發(fā)生事故，影響電力系統(tǒng)供電可靠性[1-2]。金屬氧化物避雷器（Metal Oxide Arrester，簡稱MOA）是用于保護(hù)輸變電設(shè)備絕緣免受雷電過電壓和操作過電壓危害的一種電力設(shè)備，其在正常工作電壓下阻值很大，通過的泄漏電流很小，而在過電壓下阻值會急劇變小。由于MOA具有響應(yīng)速度快、伏安特性平滑、通流量大、壽命長、殘壓低、動作可靠、結(jié)構(gòu)簡單等特點，在國內(nèi)外各電壓等級變電站中廣泛應(yīng)用[3-5]。

避雷器長期運行，受工頻電壓的作用，加上表面污穢影響，內(nèi)部和外部環(huán)境發(fā)生變化，避雷器內(nèi)部的閥片容易老化和受潮，導(dǎo)致避雷器在運行過程中出現(xiàn)缺陷，甚至發(fā)生爆炸[6-9]。因此，需及時發(fā)現(xiàn)并處理MOA的異常工況，防止事故擴(kuò)大，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行[10]。

本文針對一起220 kV氧化鋅避雷器阻性電流超標(biāo)事件進(jìn)行分析，通過帶電檢測、故障后試驗、解體檢查，分析了故障原因，并給出整改措施。

1 事件概況

根據(jù)變電檢測相關(guān)規(guī)定，110 kV及220 kV避雷器每年雷雨季節(jié)來臨前應(yīng)安排1次運行中持續(xù)電流檢測[11]，通過分析運行電壓下避雷器的電流電壓相角、全電流數(shù)值、阻性電流基波峰值、基波功耗判斷避雷器的運行狀態(tài)。2021年某日，對某220 kV變電站某線路避雷器進(jìn)行持續(xù)電流檢測時發(fā)現(xiàn)，B相避雷器的全電流和阻性電流基波分量均高于A相和C相，同時B相電流電壓相角小于A相和C相，具體檢測數(shù)據(jù)如表1所示。B相數(shù)據(jù)異常，判定B相避雷器存在缺陷。

表1 運行中持續(xù)電流檢測結(jié)果

隨后，通過對比該B相避雷器歷史檢測數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行紅外熱像儀測溫、例行試驗和解體檢查，發(fā)現(xiàn)該避雷器閥片表面有水漬痕跡，并有白色鹽類物質(zhì)生成，經(jīng)過分析判斷為該避雷器閥片受潮導(dǎo)致阻性電流超標(biāo)。

2 電氣試驗與數(shù)據(jù)分析

查閱該避雷器的帶電檢測歷史數(shù)據(jù)，如表2所示。通過對比表1和表2數(shù)據(jù)，判斷該B相避雷器可能存在閥片受潮或老化的現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，故對其進(jìn)行紅外測溫和停電例行試驗。

表2 歷史測試數(shù)據(jù)

2.1 紅外測溫

阻性電流的增大會導(dǎo)致避雷器本體溫度異常升高，因此，為了進(jìn)一步確定B相避雷器異常的原因，使用紅外測溫儀對避雷器進(jìn)行精確測溫，紅外圖譜如圖1所示。由圖可見，避雷器上下部溫度存在明顯溫度差異，上部最高溫度T1max為31.0℃，下部最高溫度T2max為29.6℃，上部最高溫度高于下部1.4℃。避雷器屬于電壓致熱型設(shè)備，當(dāng)精確測溫發(fā)現(xiàn)避雷器本體不同部位溫差大于0.5℃時就表示避雷器異常，內(nèi)部存在缺陷，本次測溫上下部溫差達(dá)到1.4℃，已經(jīng)屬于嚴(yán)重缺陷。由于上部溫度高于下部溫度，說明避雷器上部異常，缺陷位于上部。

圖1 B相避雷器紅外測溫圖譜

為了進(jìn)一步判斷該避雷器內(nèi)部的缺陷類型是絕緣受潮，還是絕緣件及閥片老化，對避雷器進(jìn)行絕緣電阻、1 mA直流泄漏電流下的直流參考電壓U1mA和75%U1mA下的直流泄漏電流測量。

2.2 絕緣電阻測量

對該B相避雷器進(jìn)行絕緣電阻試驗，發(fā)現(xiàn)B相避雷器上部絕緣電阻為3 180 MΩ，略高于避雷器本體絕緣電阻合格下限（2 500 MΩ），絕緣電阻較上次測試結(jié)果（56 000 MΩ）大大降低。

2.3 直流參考電壓及泄漏電流試驗

為了避免避雷器表面臟污對測量帶來的影響，對避雷器外表面污穢物完全清除并風(fēng)干后再次進(jìn)行試驗。測量避雷器的U1mA和75%U1mA下的直流泄漏電流，試驗數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可見，A相、C相與B相避雷器下部U1mA初值差不超過±5%，75%U1mA下的直流泄漏電流初值差小于30%，符合規(guī)定。B相避雷器上部U1mA明顯降低，初值差雖未超過±5%，但不符合銘牌標(biāo)注的不小于148 kV的要求，并且B相避雷器上部75%U1mA下的直流泄漏電流值達(dá)42μA，初值差為+425%，遠(yuǎn)高于規(guī)程要求的30%，說明B相避雷器的非線性特性不符合規(guī)定，該避雷器存在閥片受潮老化或傘裙破損。根據(jù)規(guī)程要求判定，該B相避雷器試驗數(shù)值不合格。

表3 220 kV避雷器泄漏電流試驗數(shù)據(jù)

3 故障原因分析和整改措施

引起避雷器阻性電流超標(biāo)的原因主要為避雷器內(nèi)部絕緣受潮、絕緣件老化等。該線路B相避雷器帶電檢測阻性電流數(shù)據(jù)和紅外圖譜異常，且停電例行試驗時絕緣電阻和泄漏電流數(shù)據(jù)異常，說明該相避雷器絕緣劣化。

3.1 故障避雷器的解體檢查

對該B相避雷器進(jìn)行解體檢查。解體后發(fā)現(xiàn)閥片及金屬墊片受潮明顯，個別閥片邊釉破損，避雷器閥片表面從上向下有水漬痕跡。水漬痕跡在避雷器中上部較為明顯，共有21片閥片有不同程度的受潮痕跡。檢查單個閥片發(fā)現(xiàn)在水漬痕跡相應(yīng)位置有白色鹽類生成物，尤其靠近頂端的閥片更嚴(yán)重，頂端閥片的受潮細(xì)節(jié)如圖2所示。解體檢查說明避雷器閥片受潮導(dǎo)致避雷器阻性電流超標(biāo)和紅外圖譜異常，避雷器受潮的原因可能是避雷器密封工藝不良。

圖2 避雷器頂部閥片受潮細(xì)節(jié)

通過進(jìn)一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)避雷器頂部護(hù)套有受潮侵入點，先是最上端閥片受潮劣化，再逐步發(fā)展到中下部閥片受潮劣化。根據(jù)檢查情況可知，避雷器內(nèi)部絕緣受潮劣化導(dǎo)致阻性電流增大，同時由于泄漏電流變大，劣化的避雷器發(fā)熱明顯，造成溫度異常升高。

3.2 整改措施

由于該線路B相避雷器運行和停電試驗數(shù)據(jù)異常，需及時更換新避雷器。更換前對新避雷器進(jìn)行試驗，該避雷器額定電壓為204 kV，持續(xù)運行電壓為159 kV，試驗數(shù)據(jù)如表4所示。避雷器上部U1mA為153.7 kV，避雷器下部U1mA為153.1 kV，均符合銘牌標(biāo)注的不小于148 kV的要求。避雷器上部0.75U1mA下的泄漏電流為10.3μA，避雷器下部0.75U1mA下的泄漏電流為10.8μA，初值差分別為+3%和+8%，符合初值差小于30%的規(guī)定，新避雷器各項試驗數(shù)據(jù)合格。

表4 新避雷器試驗數(shù)據(jù)

為及時發(fā)現(xiàn)此類避雷器故障，建議采取以下措施：

1）避雷器發(fā)熱屬于電壓致熱型，溫度升高不明顯，使用紅外成像儀帶電檢測不易發(fā)現(xiàn)這一缺陷。因此對避雷器進(jìn)行紅外測溫時，應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，將被測避雷器與背景顏色明顯區(qū)分開，使避雷器成像輪廓清晰，看到層次分明的傘裙。

2）當(dāng)金屬氧化鋅避雷器閥片受潮或老化時，運行電壓下避雷器阻性電流會明顯增大，縮短避雷器阻性電流帶電檢測時間間隔能及時發(fā)現(xiàn)避雷器缺陷。

4 結(jié)語

本次事件是一起典型的避雷器內(nèi)部閥片受潮導(dǎo)致絕緣性能降低的案例，通過帶電阻性電流測試，及時發(fā)現(xiàn)了設(shè)備缺陷，避免了故障進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致事故。綜合運用紅外測溫、帶電檢測、在線監(jiān)測等手段加強對避雷器的運行監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)避雷器缺陷。對避雷器異常情況結(jié)合停電試驗、解體檢查等方法綜合判斷故障原因，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。