均壓電容異常引起的500 kV避雷器過熱試驗分析

張燕珂，周國偉

(1.浙江工商職業技術學院，浙江 寧波 315012； 2.國網浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232)

均壓電容異常引起的500 kV避雷器過熱試驗分析

張燕珂1，周國偉2

(1.浙江工商職業技術學院，浙江 寧波 315012； 2.國網浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232)

均壓電容在避雷器內部起著改善內部電壓分布、抑制外部雜散電容影響的作用。針對1例變電站500 kV避雷器過熱案例進行研究分析。對避雷器進行了多種手段在線檢測，表明避雷器內部存在均壓電容異常；進一步的離線試驗和解體分析發現該避雷器均壓電容上、中節反裝，驗證了分析結論。針對避雷器的發熱異常，提出了相應措施。

均壓電容；避雷器；帶電檢測；解體檢查

0 引言

作為過電壓的保護裝置之一，金屬氧化物避雷器在電力系統中應用廣泛[1]。500 kV高壓避雷器一般由多節單元組成，每節單元內部由氧化鋅閥片串聯而成。

避雷器受對地雜散電容的影響，上節避雷器的部分泄漏電流會通過雜散電容流失，導致上節的泄漏電流會大于下節的泄漏電流[2]。在每節避雷器內部閥片數量相同的情況下，上節承擔的電壓最高，中節次之，下節最低，電壓分布不均勻系數增加[3-4]。解決此問題一般通過以下3種方法。

(1)安裝均壓環補償雜散電容造成的電流損失。

(2)提高閥片固有電容，抑制雜散電容干擾。

(3)氧化鋅閥片并聯均壓電容，限制并聯電壓差異在±10%以內[5-7]。

在實際運行中，由并聯電容異常引起的避雷器故障較少。本文針對某500 kV變電站在運行中發現的避雷器異常進行分析。

某變電站500 kV避雷器型號為Y20W5-420/1006，投運日期為2009年11月，檢測中發現避雷器存在溫度異常。

1 避雷器結構

該500 kV避雷器由3節組成，每節避雷器主要部件包括法蘭、瓷套、隔弧筒、氧化鋅閥片(17片)等。為使電壓分布均勻，該型號避雷器上節和中節的氧化鋅閥片兩端分別并聯均壓電容，最下節氧化鋅閥片無均壓電容。每柱均壓電容由36只700 pF電容串聯而成(如圖1所示)。

圖1 避雷器結構示意

2 設備帶電檢測及分析

2.1紅外測溫檢測

對該組500 kV避雷器進行精確測溫，檢測數據如圖2所示。由紅外圖譜可以看出：A，C相避雷器表面最高溫度由上至下近似呈遞減趨勢分布；而B相表面最高溫度呈現上節與下節溫度高于中節的“U”型分布，其上節最高溫度為27.8 ℃，與中、下節間的最大溫差為1.6 ℃，與A，C相上節間的最大溫差為1.1 ℃。依據DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》中電壓致熱型設備缺陷診斷判據，屬于嚴重缺陷。

由于上節整體發熱，溫度分布較均勻，基本排除瓷套表面污穢嚴重導致泄漏電流增大、上節避雷器發熱異常的可能。

表1 500 kV避雷器阻性電流帶電檢測數據

圖3 高頻電流檢測圖譜

圖2 三相避雷器單節最高溫度對比圖譜

2.2阻性電流帶電檢測

采用氧化鋅避雷器帶電檢測儀測得其持續運行電壓下的電流數據見表1。從表1可以看出，500 kV避雷器的檢測數據與歷史數據對比，總電流變化不明顯，阻性電流分量略有增加；與站內部分同廠家同型號避雷器的帶電檢測數據對比，總電流及各電流分量均無明顯變化。

2.3紫外檢測

對該組避雷器本體進行紫外檢測未見明顯電暈，說明避雷器外絕緣良好，電場分布無嚴重畸變。

2.4高頻電流檢測

采用局部放電檢測儀對避雷器進行高頻電流檢測，詳細檢測圖譜如圖3所示，未見典型局放特征。

3 停電試驗及分析

對更換下的避雷器進行了絕緣電阻、電容量、泄漏電壓、工頻參考電流下工頻參考電壓試驗，詳細數據見表2。

表2 避雷器停電診斷試驗數據

通過停電試驗數據有以下結論。

(1)絕緣電阻、泄漏電壓、工頻電流下的參考電壓試驗數據良好，說明避雷器絕緣狀況良好，整體應不存在密封不嚴導致的受潮、腐蝕等問題。

(2)直流泄漏試驗和工頻電流下的參考電壓試驗數據良好，說明內部氧化鋅閥片性能良好，基本不存在受潮、老化等問題。

(3)電容與制造廠標準要求比較發現，上節電容偏小，而中節電容偏大，說明均壓電容存在一定問題。

綜合帶電和停電試驗數據分析，初步認為造成500 kV避雷器B相上節發熱的原因為3節避雷器內部存在分壓不均。

4 解體檢查試驗及分析

4.1解體后試驗

為確認內部元件性能是否良好，排除均壓電容元件本身性能影響，對均壓電容進行了絕緣電阻、電容測試，數據見表3。

表3 解體后停電診斷試驗數據

4.2避雷器解體現象

對避雷器進行解體，取下隔弧筒后，發現上節氧化鋅閥片并聯了1柱均壓電容，而中節的氧化鋅閥片并聯了2柱均壓電容，說明設備出廠時，上節和中節順序裝反，如圖4所示。

圖4 解體后的避雷器

4.3解體分析

(1)當上節和中節的氧化鋅閥片均并聯1柱均壓電容時，其電容在94.29～94.40 pF以內，數據一致性較好。當中節并聯1柱均壓電容時，總電容比并聯2柱電容時小17.00 pF左右，與單柱均壓電容的理論值(19.00 pF)較為接近。

(2)通過現場測得上節單柱均壓電容的每個元器件的電容，計算得到其串聯后的總電容為18.65 pF，與理論設計值接近，說明3柱均壓電容性能質量良好。

5 結論及建議

(1)避雷器上節及中節內的均壓電容本身沒有損壞，避雷器發熱的原因為上、中節均壓電容裝反。

(2)避雷器的上節和中節裝反后，在一定程度上增加了上節分擔的電壓，降低了中節分擔的電壓，從而使得電壓分布不均勻系數增加，進一步使得部分閥片的荷電率增加。

荷電率增加意味著功率損耗增加，這是避雷器B相上節發熱的原因。當荷電率超過制造廠規定值時，會導致閥片散熱速率小于發熱速率，發生“熱崩潰”或避雷器損壞等嚴重后果。

(3)對帶有均壓電容元件的避雷器開展停電試驗時，增加電容測試項目并和初值進行對比。

(4)加強避雷器等電壓致熱型設備紅外監測。

[1]陳維，王德生，劉慶峰，等.ZnO避雷器均壓用高壓陶瓷電容器的研究[J].高電壓技術，2000，26(2)：15-17.

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[3]王世山，李彥明，李建成.金屬氧化物避雷器均壓電容的選擇計算[J].電磁避雷器，2002(6)：33-38.

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(本文責編：劉炳鋒)

2017-04-24；

:2017-05-19

TM 854

：B

：1674-1951(2017)06-0044-03

張燕珂(1980—)，女，河南洛陽人，工程師，工學碩士，從事電氣自動化方向教學及研究工作(E-mail:zhangyanke139@163.com)。