金屬氧化物避雷器典型缺陷分析

王鶴許，劉海峰 ，李俊卿

(1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

避雷器的作用是限制雷電過電壓和操作過電壓，保護其他電氣設備免受過電壓的損害。當過電壓超過其規定的動作電壓值時，避雷器立即動作導通，并吸收能量，使避雷器兩端的電壓不超過規定值，避免電氣設備受過電壓損壞；過電壓消失后，避雷器又迅速恢復耐壓狀態，以保證系統正常供電。金屬氧化物避雷器(MOA)由于具有保護比小、通流量大、穩定性好、保護特性可不受間隙的影響等優點，已逐漸取代傳統的碳化硅避雷器，在高壓、超高壓防雷領域得到了廣泛應用并處于壟斷地位。盡管金屬氧化物避雷器故障率較低，但是由于制造、運輸、安裝以及運行等原因，運行中常會發生各類缺陷，如不及時發現并消除，將會影響避雷器的性能，嚴重時甚至釀成事故。

1 金屬氧化物避雷器的結構

金屬氧化物避雷器的核心元件為氧化鋅電阻片，呈圓餅狀或環狀，兩端面噴有金屬電極，側面涂有絕緣釉保護以防沿面閃絡。目前，變電站用金屬氧化物避雷器基本采用無間隙結構，即僅用氧化鋅電阻片，而無串聯間隙。氧化鋅電阻片呈單柱或多柱并列疊裝固定在密封單節或多節瓷套或復合絕緣套內，高低壓端分別由瓷套或復合絕緣套兩端金屬附件引出。金屬氧化物避雷器主要由主體元件、絕緣底座、接線蓋板和均壓環(220 kV以上電壓等級具有)等組成。避雷器設有壓力釋放裝置，當其在超負載動作或發生意外損壞時，其壓力釋放裝置動作，可避免發生意外。絕緣底座上安裝有用于顯示避雷器持續電流和記錄避雷器動作次數的監測器。金屬氧化物避雷器的結構示意見圖1。

2 金屬氧化物避雷器缺陷的檢測方法

金屬氧化物避雷器運行缺陷的檢測方法有4種，包括運行巡視、停電試驗、帶電檢測、在線監測。這4類手段是相輔相成、互相印證的關系，有時候某種單一類型缺陷可以通過2種及以上手段發現。

2.1 運行巡視

運行巡視主要是在避雷器運行中定期檢查其外觀、觀察泄漏電流表指示值和放電計數器動作情況。運行中應定期檢查避雷器瓷套有無裂紋；復合外套有無電蝕痕跡；有無異物附著；均壓環有無錯位；引線連接情況是否正常；檢查泄漏電流表指示與同等條件下運行的其他避雷器比較，有無明顯差異。

2.2 停電試驗

目前，金屬氧化物避雷器的停電試驗項目主要是檢測避雷器直流1 mA、電壓(U1 mA)及0.75U1 mA下的泄漏電流，另外還要檢測底座的絕緣電阻。根據國家電網公司Q/GDW 168-2008《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，金屬氧化物避雷器U1 mA初值差應不超過±5%且不低于GB 11032-2010《交流無間隙金屬氧化物避雷器》規定值，0.75U1 mA泄漏電流初值差應不大于30%或小于50 μA。

2.3 帶電檢測

金屬氧化物避雷器的帶電檢測，目前采用的主要測試手段是紅外熱像檢測和帶電測試避雷器阻性電流[3]。避雷器電阻片老化后，運行中發熱會加劇，與相同運行條件下的其他避雷器相比，整體或局部溫度偏高，相間溫差加大，因此通過紅外熱像檢測可有效檢出避雷器內部缺陷。紅外熱像檢測具有不停電、不取樣、不接觸，直觀、準確、靈敏度高及應用范圍廣等優點。

帶電檢測避雷器阻性電流也是發現避雷器早期缺陷的一種十分有效的手段。性能正常的避雷器的漏電流中，電阻片的漏電流(全電流Ix)是主要的部分。避雷器劣化或存在隱患時，全電流Ix將增大。全電流Ix由電阻性分量Ir和電容性分量Ic組成。避雷器內部受潮或電阻片性能劣化時，Ir反映最靈敏。利用專用檢測儀器，可采用全數字化測量和諧波分析技術從全電流Ix中分離出阻性電流Ir。當阻性電流增加50%時應分析原因，加強監測，并適當縮短檢測周期；當阻性電流增加一倍時應停電進行檢查。

2.4 在線監測

對避雷器實施在線監測可以在不停電的情況下隨時了解避雷器的漏電流變化情況，及時發現異?，F象和事故隱患，以采取有效預防措施，防止運行中的避雷器發生故障。近年來，隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的快速發展，通常采用總線式結構的絕緣在線監測系統，現場檢測單元具備信號提取、數字化和處理功能，由后臺機實現數據處理和故障診斷。

3 金屬氧化物避雷器的典型缺陷分析

金屬氧化物避雷器的典型缺陷按照部件可劃分為：

a. 本體缺陷。其誘發原因主要包括發熱，泄漏電流指示超標，0.75U1 mA泄漏電流指示超標,U1 mA實測值與變化值比變化明顯,異常聲響。

b. 外絕緣缺陷。其誘發原因主要包括破損、外套開裂，硅橡膠憎水性下降，有明顯放電痕跡。

c. 接地引下線缺陷。其誘發原因主要包括嚴重銹蝕，接地不良。

d. 引流線缺陷。其誘發原因主要包括連接部位發熱，線過緊。

e. 底座缺陷。其誘發原因主要包括密封不良、玻璃破裂、進水，計數器動作不正常，模糊、無法正常觀察。

f. 監測器缺陷。其誘發原因主要包括絕緣電阻不合格，接觸不良，銹蝕。

g. 連接螺栓缺陷。其誘發原因為銹蝕。

h. 均壓環缺陷。其誘發原因主要包括脫落，嚴重銹蝕、油漆脫范，破損、傾斜、變形。

某省電力公司2011年110 kV及以上電壓等級避雷器缺陷統計數據見表1，2011年某省電力公司避雷器缺陷分布情況見圖2。

表1 2011年某省電力公司110 kV及以上電壓等級避雷器缺陷統計

缺陷部位誘發原因缺陷次數/次500 kV220 kV110 kV合計百分比/%本體試驗超標2471314.4過熱01233.3異響02022.2外絕緣傘裙破損00333.3引流線接頭過熱01455.6接地引線銹蝕嚴重01566.7底座裂紋22377.8監測器進水24131921.1模糊36192831.1均壓環開焊04044.5合計9255690100

圖2 2011年某省電力公司避雷器缺陷分布情況

由表1可知，截至2011年底，某省電力公司運行的110 kV及以上電壓等級避雷器共8 644臺，全部為金屬氧化物避雷器。共發現各類缺陷90項，缺陷率為1.04項/(100臺·a)。其中，危急缺陷2項，占2%；嚴重缺陷5項，占6%；一般缺陷83項，占92%。

金屬氧化物避雷器結構簡單，內部介質單一，通常導致最終故障的最主要缺陷是本體內部受潮和電阻片老化問題[1]。某省電力公司2011年發生的90項避雷器缺陷中，涉及本體的共有18項，占20%。主要原因是電阻片異常老化。缺陷表現形式包括：過熱、泄漏電流指示值超標、停電試驗時U1 mA或0.75U1 mA下泄漏電流超標等[2]。經分析認為主要是由于密封不嚴導致進水受潮或者電阻片制造質量不佳，使電阻片在運行電壓下異常老化、劣化。

此外，避雷器附件缺陷近年來呈上升趨勢，避雷器附件缺陷有時也會引發故障，應引起關注。從表1可以看出，監測器、底座、均壓環等附件缺陷占到避雷器總缺陷的60%以上，反映出部分制造廠家為避雷器配套的附件質量低劣，把關不嚴。

4 建議

a. 金屬氧化物避雷器故障以受潮和氧化鋅電阻片老化為主，進而發展成為局部放電，甚至爆炸。因此要定期檢查運行中的金屬氧化物避雷器是否受潮、老化。

b. 做好紅外成像檢測和阻性電流帶電檢測工作，及時發現避雷器內部缺陷，防止避雷器故障。

c. 采取必要的避雷器瓷套防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油。

d. 在電網允許的情況下，停電對避雷器進行局部放電試驗。

e. 金屬氧化物避雷器是保證電網安全運行的重要設備，應嚴格控制產品質量，加強監測器、底座、均壓環等附件的驗收把關，杜絕不合格產品出廠。

參考文獻：

[1] 袁亦超,鄧 春,王長云.華北高壓電網小四器運行情況分析[J],華北電力技術,2003(12):52-53．

[2] 彭向陽.廣東省金屬氧化物避雷器運行情況分析[J].電瓷避雷器,2007(6):21-25.

[3] 謝忠寶.氧化鋅避雷器事故及運行檢測方法探討[J].廣東電力，2009.22(6)：53-56.