氧化鋅避雷器U1mA及75%U1mA下泄漏電流試驗與研究

摘要：文章介紹了氧化鋅避雷器的結構和工作原理，闡述了測量MOA直流1mA電壓U1mA及75%U1mA下泄漏電流試驗目的、測試方法，并通過華電鄒縣發電廠#5機組主變高壓側500kV氧化鋅避雷器在停電試驗時0.75U1mA下的泄漏電流大于50μA超過《規程》規定，對試驗數據分析表明是MOA受潮內部氧化鋅閥片性能劣化所導致，最后提出了MOA安全運行的措施。

關鍵詞：500kV氧化鋅避雷器（MOA）；75%U1mA下泄漏電流試驗；絕緣受潮；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM83 文章編號：1009-2374（2017）06-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.038

1 MOA結構及原理

1.1 避雷器概述

避雷器是電力系統中的重要設備之一，是與電氣設備并接在一起的一種過電壓保護設備。當電力系統出現由于雷擊引起的雷電過電壓或由開關操作引起的操作過電壓時，避雷器立即動作并放流，將雷電流泄入大地，限制被保護設備上的過電壓幅值，使電氣設備的絕緣免收損傷或擊穿。目前電力系統中運行的避雷器主要有閥型避雷器和氧化鋅避雷器兩種類型。氧化鋅避雷器是由具有良好非線性的金屬氧化物閥片組成的一種過電壓保護裝置。由于其良好的非線性性能和較大的通流容量，使得在電力系統中已基本取代了其他類型的避雷器。

1.2 MOA結構

MOA的基本結構是閥片和絕緣部分。閥片是以氧化鋅為主要成分，并附加Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb203等金屬氧化物，將它們充分混合后造粒成型，經高溫焙燒而成。這種閥片具有優良的非線性和大的通流性，被稱為金屬氧化物避雷器，并用MOA表示。金屬氧化物閥片置于帶有電極的高強度絕緣筒內，再經硅橡膠整體模壓成型。在工作電壓下，氧化鋅閥片是一個絕緣體，只能通過幾十微安電流；在過電壓下，它又是一個良好的導體。

MOA根據電壓等級有多節組成，35～110kV是由單節組成，220kV由兩節組成，500kV由三節組成，在220kV及以上避雷器頂部均安裝有均壓環，用于改善電場分布。

1.3 MOA工作原理

MOA工作原理是在工頻電壓下呈現極大的電阻，因此續流極小。其內部氧化鋅閥片的非線性特性主要是由晶界層形成的。晶界層的電阻率是變化的，閥片在運行狀態下呈絕緣狀態，通過電流很小（一般為10～15μA）。也就是說在運行電壓U1下，閥片相當于一個很高的電阻流過很小的電流；而當雷電流I流過是，它又相當于很小的電阻維持一適當的殘壓U2。氧化鋅閥片的非線性關系如圖1所示：

2 MOA在直流1mA電壓U1MA及75%U1mA下泄漏電流試驗

2.1 試驗目的

由于長期運行在工頻電壓下氧化鋅閥片會慢慢老化，當MOA受潮后其絕緣性能劣化。MOA的非線性特性受這兩種情況的影響導致阻性泄漏電流增加，MOA有可能發生爆炸造成電力事故。MOA在直流1mA電壓U1MA及75%U1mA下泄漏電流試驗的主要目的是預防避雷器是否存在閥片老化程度和受潮情況這兩種缺陷的發生，保證氧化鋅避雷器的安全運行。

2.2 試驗接線

MOA直流泄漏電流試驗接線如圖2所示：

2.3 實驗步驟

直流1mA下的電壓是指避雷器通過1mA直流電流時，該避雷器兩端的電壓值。試驗中應注意當電流大于200μA以后，隨著電壓升高電流上升很快，此時應緩慢升壓，當電流達到1mA時即刻停止升壓，并迅速讀取避雷器的電壓U1mA，然后將電壓降至75%U1mA下讀取泄漏電流值。在試驗中注意溫度對試驗結果的影響，溫度每升高10℃，U1mA約降低1%，必要時進行換算。

依據《電力設備預防性試驗規程》（DL/T 596-1996）判斷標準為：（1）U1mA實測值與初始值或制造廠規定值相比，變化不應大于±5%；（2）0.75U1mA下的泄漏電流初值差小于等于30%或不應大于50μA。

3 MOA U1MA及75%U1mA下泄漏電流試驗實例分析

華電國際鄒縣發電廠#5機組主變高壓側500kV氧化鋅避雷器型號為Y20W1-420/1046W，為撫順電瓷制造有限公司生產，1994年9月出廠于1997年1月投入運行。2016年9月利用機組大修機會對該避雷器按照預防性試驗規程進行試驗。在U1MA及75%U1mA下泄漏電流試驗過程中發現B、C兩相泄漏電流超標，通過檢修人員對該組避雷器水沖洗、擦拭和晾曬等處理后重新進行了三次試驗后數據依然超標。表1為此MOA U1Ma及75%U1mA下泄漏電流試驗近10年試驗數據。

從表1歷年試驗數據可以看出，A、B、C三相MOA的75%U1mA下泄漏電流數據呈增大趨勢，且B、C兩相數據已經超出規程標準。說明B、C兩相避雷器內部嚴重受潮，內部氧化鋅閥片性能劣化導致其伏安特性發生了改變。

經檢修人員解體發現，B、C兩相避雷器分別上節和中節，中節和下節連接處有積水，分析其原因是因為密封膠圈長時間運行發生老化密封效果差造成避雷器內部進水受潮導致數據超標。

該避雷器從1997年投入運行至2016年將近20年時間，由于年限已久氧化鋅閥片老化影響其伏安特性造成阻性電流增大是導致數據超標的另一個原因。

4 結語

氧化鋅避雷器作為電氣設備過電壓的保護設備，其性能的優劣直接影響電力系統的安全穩定運行，為了在避雷器故障發展初期能夠正確及時地發現并處理，可從以下兩個方面采取措施：（1）在運行中要加強避雷器運行參數的監視，定期進行避雷器帶電測試工作來分析判斷其阻性電流的變化趨勢；（2）嚴格按照《電力設備預防性試驗規程》對避雷器進行周期性停電預試，而測量直流1mA電壓U1MA及75%U1mA下泄漏電流試驗對氧化鋅避雷器性能的診斷分析有決定性的作用。

參考文獻

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作者簡介：任夕港（1985-），華電國際鄒縣發電廠技術員，研究方向：電氣工程及自動化。

（責任編輯：蔣建華）