110kV氧化鋅避雷器異常診斷實例分析

梁 峰，孫翀也，郎米蘭，李 碩，尚永剛

(1.黑龍江省大慶電業局，黑龍江 大慶163458;2.哈爾濱電業局，哈爾濱150046;3.黑龍江省大慶外國語學校，黑龍江 大慶163458)

氧化鋅避雷器是一種重要的過電壓保護電器設備，其閥片性能穩定、保護性能優越，能夠限制約束操作過電壓和雷電過電壓［1］。然而在運行中，由于氧化鋅避雷器受潮后絕緣性能降低，不但不能對其他電氣設備起到過電壓保護作用，而且自身也會發生重大安全事故。因此在投運前和運行中應該嚴格按照規程做好交接和預試驗，并監視其各種參數的變化情況。

1 氧化鋅避雷器工作特性和受潮原因

氧化鋅避雷器的結構主要由絕緣構架、閥片電阻片和瓷套等部分組成，其中閥片電阻片是其最重要的結構，主要由氧化鋅金屬氧化物組成。氧化鋅避雷器晶界層的相對介電常數可達500～2 000，這樣電阻片就會有比較大的電容量，在運行中電阻片的電流主要是電容電流。氧化鋅閥片電阻有非常好的電壓－電流非線性關系，當流過的電流小時電阻大，當電流大時電阻小，說明在運行電壓下，氧化鋅閥片電阻相當于一個很高的電阻，流過的電流比較小。當雷電流通過時，閥片相當于很小的電阻，能維持適當的殘壓，從而保護設備安全。在長期的運行電壓作用下，閥片電阻會變得老化，也有可能出廠時安裝不良造成受潮，絕緣電阻降低。所以氧化鋅避雷器的伏安特性會因為這兩種情況受到影響，阻性泄漏電流［2］就會增加，氧化鋅避雷器也會發生爆炸，造成電力事故。

氧化鋅避雷器受潮的主要原因是出廠時安裝密封不良，其形式包括:

1)氧化鋅避雷器瓷套質量低劣，在運輸或制造中顛簸受損破裂出現隱形裂紋。

2)氧化鋅避雷器底端兩端蓋板制造加工粗糙并且有毛刺。

3)氧化鋅避雷器出廠時組裝密封膠圈位移或漏裝。

4)氧化鋅避雷器的密封膠圈永久性壓縮變形指標達不到設計要求。

氧化鋅避雷器受潮后，電流監視器的全電流會增大，絕緣電阻降低，帶電測試數據中有功損耗和阻性電流明顯增加。

2 氧化鋅避雷器試驗檢測方法

2.1 氧化鋅避雷器停電檢測［3］

氧化鋅避雷器停電檢測試驗方法就是測量絕緣電阻，根據《輸變電設備狀態檢修試驗規程》氧化鋅避雷器底座絕緣電阻應大于等于100 MΩ。

氧化鋅避雷器停電檢測試驗的測量結果比較準確可靠，缺點是需要進行停電拆線，費時、費力，極為不便。隨著電網容量的迅猛擴大，在變電站不斷擴建下，需要停電檢修的電力設備也不斷增加，這樣會增加更多的工作量，有時某條線路的負荷比較重要而無法進行周期性預防試驗。

目前，氧化鋅避雷器停電預防性試驗主要是直流高壓試驗，即測量氧化鋅避雷器直流電流1 mA下臨界動作參考電壓U1mA和0.75U1mA電壓［3］下的泄漏電流。直流高壓試驗可以檢查閥片電阻片是否受潮，并且確定動作特性是否正常，檢查非線性特性及絕緣性能。按照《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定，氧化鋅避雷器直流電流1 mA下臨界動作參考電壓U1mA實測值與初始值或制造廠規定值比較，變化不得大于±5%，而0.75U1mA下的泄漏電流不應大于50 μA。

2.2 氧化鋅避雷器帶電運行檢測［3］

在不停電的情況下，對氧化鋅避雷器進行帶電測試可充分了解氧化鋅避雷器的運行特性，及時發現異常現象和事故隱患，通過施行有效預防措施防止事故發生或擴大，保證其在良好的狀態下運行。

對氧化鋅避雷器進行帶電測試，可以測量出基波阻性電流、高次諧波電流、容性電流以及全電流等。目前，國內外對氧化鋅避雷器進行帶電測試檢測方法是通過從對應的電壓互感器上獲取電壓信號以及氧化鋅避雷器的全電流信號共同獲得阻性電流大小，作為氧化鋅避雷器帶點測試的檢測依據。氧化鋅避雷器在運行中泄露電流主要有阻性電流和容性電流分量，而阻性電流分量一般只占全電流的10%～20%，當氧化鋅避雷器老化劣變受潮后，阻性電流分量增加，全電流也會增加。

按照規程規定，110 kV及以上金屬氧化物避雷器在新投運后0.5～1.0 a，若懷疑有缺陷或者雷雨季節前時，應該進行1次帶電測試，主要測量運行電壓下阻性電流、功率損耗以及全電流。運行中定期監測氧化鋅避雷器電流監視器電流值并比較全電流的變化趨勢，在檢測過程中，當阻性電流增加50%時，應該分析其原因并加強監測，當阻性電流增加兩倍時，應停電檢查。

2.3 氧化鋅避雷器在線監測［4－7］

目前，我國氧化鋅避雷器在線監測大體可以分為兩類:分散式在線監測系統和集中式微機在線監測系統［8－10］。以前集中式處理方式主要應用于絕緣在線檢測，在后臺工控機通過屏蔽電纜將被測信號引進來，然后由工控機進行集中循環檢測和數據處理。由于一次獲取的信號太小，而模擬量傳輸過程中會引入比較大的干擾并對傳感器耦合后被測參數產生影響，其測量結果的可靠性和準確度不能保證。因此集中式處理方式具有可擴展性不強和靈活性不足的缺點，當需要增加新的檢測量時不容易滿足。

隨著計算機網絡技術和通信技術的快速發展，可采用總線式結構的絕緣在線監測系統，這樣能使現場檢測單元具有提取數字化信號和集中分析處理的功能。現在國外的狀態檢修已經進入了具有監測、判斷和告知專家系統的高級階段，這也是氧化鋅避雷器在線監測技術的發展趨勢。

3 氧化鋅避雷器異常診斷實例分析

某供電公司變電站某條線路的氧化鋅避雷器型號HY10WZ1－102/266，為大連北方電氣廠生產。某日該線路的A相避雷器全電流監測表指示異常，全電流和阻性電流明顯增加。其歷年帶電測試全電流和阻性電流的測試數據如表1所示。

從表1中可以看出，2012年7月氧化鋅避雷器帶電檢測出全電流和阻性電流的大小相對之前測試值明顯增大，其中，全電流值相對2009年9月的值增大了1.61倍，阻性電流增大了5.2倍，阻性電流分量占全電流竟達50%以上。依據規程可以考慮退出運行、停電試驗，并進一步分析故障原因。該線路停電后，根據氧化鋅避雷器停電檢測試驗方法，測試出氧化鋅避雷器本體絕緣電阻以及直流電流l mA下臨界動作參考電壓U1mA和0.75U1mA電壓下的泄漏電流值如表2所示。

表1 變電站某線路氧化鋅避雷器歷年全電流和阻性電流測量數據

表2 變電站某線路A相氧化鋅避雷器直流1 mA電壓及75%U1 mA電壓下泄漏電流

從表2可以看到，歷年經過停電試驗后測試的氧化鋅避雷器上節l mA下臨界動作參考電壓U1mA和0.75U1mA電壓下的泄漏電流值符合規程規定值，而2012年7月下節氧化鋅避雷器本體絕緣電阻為2 000 mΩ，1 mA下臨界動作參考電壓U1mA實測值為126.3 kV，與初始值比較變化大于 ±5%，0.75U1mA下的泄漏電流為127 μA，遠大于規程規定的50 μA，說明該線路的A相避雷器下節嚴重受潮。

經過廠家解體檢查，發現該避雷器兩節連接處有些積水，分析其原因是該避雷器在密封膠圈組裝時，發生了竄位使得避雷器內部進水，所以受潮時間長后下節避雷器嚴重銹蝕。

一般情況下氧化鋅避雷器受潮的情況可能是在氧化鋅避雷器兩節連接處積水受潮，另外最易進水受潮的是避雷器下端與計數器連接的接線柱部分。從制造工藝上來看，也有可能是氧化鋅避雷器閥片本身就存在缺陷或在固定閥片這道工序時出現受潮情況。

4 結論

在平時運行中，對同型號、同廠家氧化鋅避雷器進行帶電測試的監測，應重點考核全電流、阻性電流、諧波的增長情況和全電流、阻性電流的百分比，加強對全電流的在線監測和橫向秘縱向的比較分析。加強運行監測，及時檢查避雷器的缺陷，是保證氧化鋅避雷器安全運行的重要措施之一。實踐證明，抄錄氧化鋅避雷器電流監視器電流值、測量阻性電流和監視參數的變化，能準確反應氧化鋅避雷器的運行狀況。帶電測試阻性電流可以早期預知氧化鋅避雷器的性能劣化，測量直流1 mA電壓對氧化鋅避雷器性能的診斷分析有決定性作用

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