氧化鋅避雷器的試驗項目及常見故障原因分析

易 冉

0 引言

氧化鋅避雷器（以下簡稱MOA）是當今最為先進的限制過電壓的保護電器，它具有非線性特性好、通流容量大、放電無延遲、無工頻續流等諸多優點［1］，因而被廣泛用于各個電壓等級的電力系統中，以保護電氣設備免受過電壓的損害。

隨著MOA在電力系統中的廣泛應用，其本身的故障已成為影響電力系統安全運行的一個重要因素［2］，在電力系統中，常用預防性試驗來發現運行中設備的缺陷，因而非常有必要對MOA的預防性試驗方法及其常見故障原因作相關討論。

1 氧化鋅避雷器的預防性試驗

MOA閥片的絕緣性能在水分、污穢等因素的影響下會慢慢下降，當它的絕緣性能劣化到一定程度時，MOA在運行電壓下工作就可能被擊穿損壞乃至發生爆炸［3］。為了及時發現運行中設備的隱患，預防發生事故或設備損壞，在電力系統中需要定期對設備進行試驗或者監測，這些試驗或者監測被稱為預防性試驗。下面就預試中較多發現MOA本體故障的幾類試驗一一進行討論。

1.1 運行電壓下的交流泄漏電流測量

在運行電壓下，通過MOA的閥片的電流可以分為電容電流Ic與電阻電流Ir，兩者之和稱為全泄漏電流Ix。當MOA的絕緣性能降低時，通過閥片的全泄漏電流及阻性電流隨之有不同程度的增大，因此，可以通過對MOA全泄漏電流或阻性電流的監測來判斷MOA的運行狀況。

（1）全泄漏電流的測量。當MOA本身出現較大故障或者閥片劣化較為嚴重時，全泄漏電流有一個較大的增加，此時可用全泄漏電流作為MOA運行狀況的重要參考；若MOA的閥片受潮程度相對較低或處于老化早期時，阻性電流分量雖然有較大增加，但由于其在全電流中所占比例較小（正常情況下僅占10%～20%），全電流往往不會有較大增加，導致不能準確判斷MOA的劣化狀態［4］，在電力系統中常使用專用儀器并接在MOA放電計數器上來測量MOA的全泄漏電流。

（2）阻性電流的測量。MOA的閥片在水分、熱等因素的影響下絕緣性能會下降，此時通過MOA閥片的阻性電流會大大增加［5］。從1.1（1）中得知，若MOA的閥片受潮程度相對較低或處于老化早期時，全電流往往不會有較大增加，無法根據全電流的大小來準確判斷此時MOA的工作狀況，所以有必要對其阻性電流進行測量。而測量阻性電流分量，一般可采用電容電流補償法或諧波電流法。MOA運行電壓下的泄漏電流測試屬于帶電測試，其測試數據容易受到周圍強電場等因素的干擾，所以在實際的測試中，通常結合全泄漏電流、阻性電流等各項測試數據來綜合分析判定MOA的實際運行狀況。

1.2 直流1 mA時的臨界動作電壓U1mA測量

在電力系統中，將MOA的泄漏電流達到1 mA時所對應的電壓稱之為起始動作電壓，用U1mA表示，對此參數進行測量，主要目的是為了確定MOA的動作性是否滿足要求，內部閥片是否受潮。測試時為了防止表面泄漏電流對測試結果的影響，測試前應將MOA的外護套擦拭干凈。

1.3 0.75U1mA下的泄漏電流測量

由于0.75U1mA直流電壓值一般比最大工作相電壓的峰值要高一些，因此，測試此電壓下的泄漏電流主要是為了檢查MOA的長期允許工作電流是否符合規定，測試時先測試出U1mA，然后再在0.75U1mA下讀取相應的泄漏電流值。

1.4 絕緣電阻測試

測得的MOA閥片的絕緣電阻值可以有效地反映其內部閥片是否受潮、瓷套是否有裂紋或者是否有硅橡膠的損傷。此項試驗采用2500V或以上兆歐表，搖測MOA兩極的絕緣電阻1min，并記錄試驗數據，試驗結束后用接地線對MOA兩極充分放電。

2 氧化鋅避雷器常見的故障原因分析及預防措施

據相關統計，導致MOA發生故障的原因主要有2類：一類為內部受潮，一類為閥片老化。下面做具體分析。

2.1 受潮

內部受潮是造成MOA發生故障的主要原因，而MOA發生受潮的主要原因有以下幾點［1，6］：（1）密封設計存在缺陷。MOA制造廠家的密封設計有缺陷，導致潮氣進入到MOA內部。（2）裝配時工藝要求不嚴。MOA的組裝時環境濕度太大，或經過長途運輸后附有潮氣的MOA絕緣件（如絕緣筒）未經干燥處理或處理不徹底就轉入瓷套，導致潮氣進入到MOA內部。（3）運行中密封材料老化。生產廠家所使用的密封材料抗老化性能較差，在產品的壽命后期或者溫度變化較大時，密封性能發生不同程度的失效，導致潮氣進入到MOA內部。當MOA內部受潮后，內絕緣性能下降，容易發生沿受潮的內壁滑閃或沿避雷器電阻片軸向閃絡，引起局部發熱，嚴重時可導致線路對地短路甚至MOA的爆炸。2010年4月21日，珠海供電局的高壓試驗人員在對其所屬110 kV嘉華變電站的10 kVⅠ段母線51PT間隔MOA（制造廠家：西安神電）進行預防性試驗時發現：該間隔三相MOA的絕緣電阻較低，且U1mA數值相比出廠試驗時有所降低，0.75U1mA下的線路電流數值則已超過《電力設備預防性試驗規程》的要求。具體試驗數據如表1所示。

此三相MOA為2009年6月16日交接使用，試驗日期為2010年4月28日，運行時間未滿一年，由于運行中的老化導致試驗數值超標的可能性較小。對MOA解體發現，MOA內壁有細微水珠，避雷器上端蓋內部有銹蝕痕跡。經分析認為此缺陷是避雷器上方端蓋密封不嚴，導致水分進入避雷器內部導致閥片受潮所致。

表1 51PT間隔避雷器試驗數據

2.2 老化

電力部門多年的試驗和運行經驗表明，除去MOA本身的制造質量問題，環境濕熱以及外護套表面污穢是加速MOA老化的主要原因［7］。對于高壓MOA來說，在潮濕高溫和表面污穢的雙重作用下，MOA閥片的電位分布極不均勻，在靠近上法蘭處，閥片承受電壓較高，通過的電流較大，甚至可以比正常通過的電流大1～2個數量級，造成了閥片的額外溫升，從而使局部閥片首先老化，局部閥片的老化使得通過MOA的參考電壓下降，通過的電流增加，整體溫度隨之上升，形成惡性循環，MOA的整體性能下降。當電網電壓波動超過MOA本身工頻電壓耐受特性時，就可能導致MOA的損壞。

2.3 預防氧化鋅避雷器發生故障的措施

（1）選擇質量較好的產品。應選擇有先進設備設計及制造工藝的生產廠家，選擇的產品應該有多年穩定運行的經驗，這樣才能保證所選用的MOA具有較高的抗老化性能，使產品在壽命周期內可穩定運行。（2）選用先進的裝配工藝。選用較先進的裝配工藝，對將要裝配的設備各組件要進行徹底的防潮處理，防止因為裝配問題導致潮氣進入設備內部。（3）注意MOA的防污。對MOA外護套的污穢定期進行清理或者在外表面涂上防污材料。（4）建立起MOA的缺陷技術檔案。對發生缺陷的MOA建立獨立的技術檔案，包括交接試驗報告、定期試驗報告、在線監測裝置的運行記錄、檢測出故障的試驗數據、故障原因分析、故障部位圖片、事故現場圖片等，便于對發生缺陷或事故的原因進行綜合分析，做好預防措施。

3 結論

（1）氧化鋅避雷器本身的故障已經成為了影響電網安全運行的一個重要因素，而造成避雷器故障的原因主要為受潮和老化。（2）可以通過選擇質量較好的產品、采用先進的裝配工藝、對避雷器進行防污處理、建立起避雷器的缺陷技術檔案等技術或管理手段來減少避雷器故障的發生。（3）電力系統中對氧化鋅避雷器的預防性試驗是發現運行中氧化鋅避雷器缺陷、保障電網安全運行的重要技術手段。

［1］俞震華.氧化鋅避雷器故障分析及性能判斷方法［J］.電力建設，2010，31（11）：89～93

［2］張科，原會靜，秦曠.河南電網幾起氧化鋅避雷器故障分析及對策［J］.河南電力，2011，21（2）：8～12

［3］劉梅.金屬氧化物避雷器爆炸原因及對策［J］.農村電氣化，2010，273（2）：23～24

［4］張鵬，張偉星，巨文偉.氧化鋅避雷器試驗的探討［J］.電氣開關，2009（2）：16～18

［5］高峰，郭潔.交流金屬氧化物避雷器受潮與阻性電流的關系［J］.高電壓技術，2009，35（11）：2 629～2 633

［6］羅陽云.淺談避雷器在電力系統應用中的問題分析［J］.科技風，2011（5）：258

［7］吳倩.對10 kV金屬氧化鋅避雷器的故障分析［J］.大眾用電，2002（1）：26～27