一起110kV氧化锌避雷器故障判断及分析

一起110kV氧化锌避雷器故障判断及分析

何兴华

广东电网有限责任公司江门供电局广东江门529000

摘要：简述了氧化锌避雷器的工作原理和主要故障原因，针对某起110kV氧化锌避雷器故障实例，对故障避雷器进行直流试验、解体检查，判断和分析故障原因，最后提出了类似故障的防范措施和建议。

关键词：避雷器；直流试验；解体检查；阀片受潮

1.前言

氧化锌雷器用于保护电气设备免受大气过电压和操作过电压的损坏，是电力系统安全运行的必备设备。及早发现避雷器可能出现的缺陷，保证避雷器处于良好工作状态，对保障电网安全可靠运行具有重要意义。

2.氧化锌避雷器的工作原理和主要故障原因

氧化锌避雷器（简称MOA）由均压环、避雷器元件和底部绝缘座组成。避雷器元件由非线性金属氧化物（氧化锌）电阻阀片、内部均压系统、绝缘拉杆、密封件等组成。其中，电阻阀片在正常工作电压下呈高阻，泄漏电流仅微安级；当过电压袭来时立即转为低阻，释放能量，并限制过电压幅值；过电压消失后又立即恢复高阻，保证电力系统正常运行。

MOA由于长期接受工频电压的作用及天气变化的影响，主要出现以下两方面的问题。

1.1阀片受潮

在生产、运输及安装过程中密封性受到破坏，导致产生贯穿性裂纹，在长期运行过程中，潮气和水分逐渐渗入MOA内部。此类故障在电气性能上表现为MOA外套内表面、阀片侧面、有机绝缘支撑件的绝缘下降，全电流Ix明显增加，阻性电流Ir成倍增长，导致MOA温度升高乃至发生爆炸。

1.2阀片老化

在长期的运行过程中工频电流持续流过MOA阀片，由于个别阀片老化特性不好，阀片的均一性差，使电位分布不均匀。运行一段时间后，部分阀片首先老化，导致直流1mA参考电压降低及泄露电流超标，阻性电流和功率损耗增加形成恶性循环，最终导致MOA的整体老化。值得注意的是处于污秽严重区域运行的避雷器，其表面积污严重不均匀时将导致电压分布不均匀，也有可能加速阀片的老化。

3.故障概况

某110kV线路发生电流差动、距离加速动作，巡查发现#9塔A相避雷器发生故障，部分复合外套已被烧毁，内部阀片有破裂情况。出现故障的避雷器型号：YH10WX-108/281，额定电压：108kV，持续运行电压：84kV，生产日期：2007年10月。

该批避雷器是由用户移交给我局的，其属于线路避雷器。事故避雷器交接试验结果合格，故障发生前，我局曾对安装该厂同类型产品进行全面红外测温检测，发现多只避雷器异常发热并进行了更换，但该故障避雷器红外测温正常。

4.直流试验和解体检查

我们对退运下来的该批次避雷器进行了75％直流1mA电压下直流泄漏电流试验，并选取试验合格的01避雷器和不合格的02避雷器解体检查和试验分析。

4.1避雷器直流试验

避雷器阀芯、绝缘套筒及复合外护套是避雷器产生泄露电流的主要部位，因此本次试验中我们分别针对避雷器本体、阀芯及带绝缘筒的外护套进行了直流试验，其中带绝缘筒的外护套施加的电压是由避雷器本体测量得出的直流U1m。试验结果见表2。

按照GB11032—2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》要求，从表1数据可知，编号为01的避雷器本体及阀芯直流试验数据满足要求，内部绝缘套筒和复合外套均绝缘良好。而编号为02的避雷器本体及阀芯的直流U1mA均远低于规程要求的157kV，对带内部绝缘套筒的复合外套施加直流U1mA时泄露电流明显超标，绝缘受到破坏。

4.2避雷器解体后立即对阀片进行的直流试验

分别将编号01、02避雷器解体后立即对阀片比例单元进行直流1mA电压U1mA和75％U1mA电压下直流泄漏电流测量，结果发现：

（1）编号02避雷器阀片表面存在大片水垢，且水迹渗透到阀片两端的喷铝面，喷铝面上的阀片编号大部分已无法辨识（见图1）。

图1受潮阀片与未受潮阀片对比图片

（2）编号01避雷器阀片共有3片超标，缺陷率8.57%，且缺陷阀片主要集中在避雷器底部。

（3）编号02避雷器阀片共有33片超标，缺陷率94.2%，大部分阀片已经损坏，部分阀片直流U1mA过低，仪器已无法测量，阀片已完全受到破坏。

5.故障原因判断和分析

从复合外套避雷器密封结构上看，发生故障的避雷器存在一定缺陷。包括在避雷器复合外套上直接开孔用于引出端部的接线柱；在绝缘套筒两端上打孔装设螺丝用于固定避雷器两头连接阀芯的金具；绝缘套筒厚度很薄，只有2mm。由于构成复合外套的硅橡胶并不能完全隔绝水分子渗透，内部的绝缘套筒上面又有小孔，因此阀芯很容易受到由小孔侵入的水分子影响，引起整个避雷器绝缘水平的下降。

这次故障主要的原因是密封不良（厂家采用的密封技术不完善、密封材料抗老化性能不稳定等）导致阀片受潮，引起绝缘水平的降低，避雷器电位分布不均匀，造成部分阀片首先老化。由于电网电压不变，避雷器其余正常阀片因荷电率增加，负担加重，加速老化，最终在能量大的工频电源影响下阀片受到破坏引起爆炸。

值得注意的是在定期的红外测温检查中，并未发现事故避雷器异常发热。主要原因是内部缺陷发展到一定水平的避雷器才能检测到异常发热现象。测温正常的避雷器并不代表其电气性能就一定是良好的，可能当时其内部绝缘水平已开始下降，泄露电流正快速上升，最终在下一次的红外测温发现问题前，造成故障的发生。

6.建议

为保证线路安全可靠运行，建议尽快安排对该厂家同一型号的其余在运避雷器全部进行更换。难以在近期进行更换也应该加强监测，缩短避雷器的红外测温周期，一旦发现异常发热，应立即进行更换。同时，有针对性地选择有效的试验手段，加强对其运行维护。

（1）首先应加强进网避雷器的质量管理，尤其对迁改工程购置的物资严把施工验收关，阻止质量水平较差产品入网运行，确保投入运行的避雷器符合相关技术规范。

（2）可通过终端塔上避雷器接地引下线用钳表读取全电流数值，通过全电流的变化来间接获得阻性电流的变化信息，一般来说，阻性电流增大明显（如1.5倍或以上）将引起全电流可以觉察的变化（如10%左右）。

（3）考虑部分单位开展线路无间隙避雷器现场电气试验存在困难，建议参考南方电网企业标准Q/CSG10007-2011《电力设备预防性试验规程》对防雷用的带串联间隙线路金属氧化物避雷器的要求，开展抽样试验，将运行时间比较长或动作次数比较多的避雷器拆下进行预防性试验，提高线路避雷器全过程管理和技术监督的效果。

7.结语

避雷器阀片受潮、阀片老化是常见的故障原因，不同阶段有不同的表现，最后以热崩溃的形式发展成故障。做好避雷器的进网质量管理、运行电压下的全电流和阻性电流测量、抽样预防性试验等工作可以及早发现其内部存在的缺陷，防止故障的发生。

参考文献：

［1］《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB11032—2000）．

［2］《电力设备预防性试验规程》（Q/CSG10007-2011）．

［3］贾宏智，田野，葛猛．一起金属氧化物避雷器故障分析及应注意问题［Ｊ］．吉林电力，2011．