氧化鋅避雷器設備狀況診斷技術的應用

(大唐華銀電力股份有限公司耒陽分公司 湖南 耒陽 421800)

一、引言

氧化鋅避雷器是限制過電壓、進行發、變電站和直流換流站絕緣配合的電力設備。避雷器主要用于并聯在被保護電氣設備上，防止設備在遭受過電壓時引起的絕緣擊穿損壞事故。如果避雷器存在缺陷或者故障，不僅沒有起到保護作用，還會影響到其它設備的正常運行，甚至釀成整個系統更大的事故。對于避雷器安全運行和故障診斷的重要性毋需置疑。而在避雷器發生缺陷的統計中，受潮缺陷是誘使避雷器發生異常和事故的一個主要原因。

二、氧化鋅避雷器常用的診斷方法和手段

(一)預防性試驗

預防性試驗是目前唯一有法可依的金屬氧化物避雷器故障診斷方法。在現場按預試規程規定項目進行全部或部分項目試驗，將試驗結果與以前或出廠試驗結果進行對比，實現對金屬氧化物避雷器的故障診斷。

(二)監測或檢測

監測是指對氧化鋅避雷器進行的連續實時的監督測量，而檢測是指對氧化鋅避雷器進行間斷的定期檢查測量。二者都是設備在線或帶電期間完成的，技術原理也基本相同。在線監測的基本原則是“無病不修，有病才修，修必修好”。相對于檢測而言，它比較容易實現，也是目前大多數現場所采用的測量方法。

(三)紅外熱成像

紅外診斷是以“基礎熱像”為根據，結合氧化鋅避雷器的結構特點及傳導熱能的途徑，分析氧化鋅避雷器異常狀態下的熱場及溫升情況，并參考其他測量結果，來診斷有無故障的方法。目前紅外診斷主要參考的依據是DL/T664-1999《帶電設備紅外診斷技術應用導則》。

三、氧化鋅避雷器故障的常見原因及分析

1.污穢對避雷器外絕緣的影響是顯著的。避雷器在污穢情況下產生的閃絡放電和老化過程，可以看成積污、受潮、局部放電及局部電弧發展引起污閃等4個過程。這些過程重復、交替出現，使避雷器老化快速發生。

2.氧化鋅電阻片老化是影響避雷器壽命的重要因素。非線性氧化鋅電阻片的泄流能力較強，通流容量較大，易吸收能量使電阻片的升溫也較快，進而加速了電阻片的老化。雖然利用氧化鋅的非線性特性對防過電壓起到了很好的保護作用，但從另一方面說，其實是以犧牲自身壽命為代價的。在氧化鋅避雷器運行到其產品壽命的后期，電阻片劣化造成泄漏電流上升，甚至會造成避雷器內部的放電。嚴重時隨著泄漏電流的增大，溫度上升較快，導致避雷器內部氣體壓力和溫度急劇增高，引起其發生爆炸。

3.氧化鋅避雷器的密封性是影響避雷器質量的好壞一個關鍵點。由于生產制造時密封不好，或者使用的密封材料抗老化性能不穩定，使得運行時避雷器密封性能差，在溫差變化較大或在產品壽命后期，引起其因密封不良而使潮氣侵入，在電流流過避雷器時產生的熱量會使其內部的空氣或水汽瞬間膨脹，形成巨大的壓力，導致其防過電壓性能下降，嚴重時甚至會引起爆炸。

四、避雷器的熱像特征與診斷

(一)正常狀況下氧化鋅避雷器的熱像特征

氧化鋅避雷器正常運行時，一般泄漏電流為0.5～1.0mA的工頻電流，呈容性，阻性電流僅占10%～20%。所以在正常運行時氧化鋅避雷器會消耗一定的功率，其本身會呈現出均勻的整體輕微發熱。中、小型瓷套封裝的氧化鋅避雷器，最熱點一般在中部偏上位置，且溫度值基本較為均勻；而較大型瓷套封裝的氧化鋅避雷器，一般溫度值最高點通常靠近其上部，且上、下部存在一定的溫差，呈不均勻分布。

(二)故障狀態下避雷器的熱像特征與診斷

當氧化鋅避雷器發生受潮的情況下，會大大增加本身的電導性能，阻性電流明顯增大。如果是內部受潮，會更容易造成瓷套內壁或閥片側面的部分發生沿面爬電，引起局部的輕度發熱，嚴重時會發生閃絡擊穿事故。對于多元件結構的氧化鋅避雷器，輕度受潮會導致元件本身阻性電流增加并發熱；當受潮嚴重時，阻性電流可能接近或超過容性電流，元件的溫升增大，同時非受潮元件的功率損耗和發熱也開始明顯增加，甚至超過受潮元件的相應值。對于多元件結構的氧化鋅避雷器，受潮初期表現為故障元件自身發熱，進一步發展后，可引起非故障元件發熱，溫升值超過初期受潮元件，同時還會伴有局部溫升高于整體溫升的現象。

五、一起氧化鋅避雷器紅外成像異常的分析與判斷

在某電廠220kV升壓站紅外線成像檢查中，發現一組220kV氧化鋅避雷器C相溫度分布異常的情況，從紅外成像圖中可以看出A、B相氧化鋅避雷器上、下節的溫度場分布較為均勻，而C相下節的溫度分布存在不均勻的現象。

對C相氧化鋅避雷器溫度統計分析，其中C相下節溫度分布顯示有34.8%處于23.9-25.9℃，有64.9%處于25.9-28.1℃；同相上節溫度都基本保持在23.9-25.9℃。

同時通過在紅外成像圖中選取各相相同位置點，可以得出C相下節的溫差較大，溫差最大值測得為1.3K。而同組A、B相顯示溫度分布較為均勻，每相本體溫較均小于1K，并且其每相的溫度分布規律是呈上、下兩端偏低、中部偏高的現象。

檢查此避雷器在線監測裝置的數據和對其進行在線泄漏電流測試，C相阻性電流測得為0.699mA，超過了A、B相測量值的3倍。這個結果也基本符合其紅外成像的溫度分布表征，由此懷疑這組氧化鋅避雷器C相內部存在有缺陷。

為了更準確的判斷此組氧化鋅避雷器的絕緣狀況，申請該設備停電進行常規的U1mA和75%U1mA狀況下的泄漏電流測試以及歷史數據比較。根據試驗數據進行分析，C相下節的U1mA小于廠家要求標準的145kV，較2014年數據有較大幅度下降，且與同相上節也有較大差異。由此可以判斷該避雷器C相下節的絕緣性能已經發生劣化，應盡早安排進行更換。

在更換氧化鋅避雷器時，發現導致此次缺陷發生的直接原因是由于C相下節壓力釋放裝置存在嚴重的腐蝕，密封受到破壞，導致潮氣進入，而損壞了絕緣。

六、結束語

在氧化鋅避雷器故障診斷中，紅外成像手段是一項行之有效的技術手段和重要方法，具有不停電、不接觸、直觀等優點，其結合氧化鋅避雷器的其他診斷、檢測技術可以更加精確判斷避雷器的狀態。實際生產設備監測中，各種技術手段宜綜合運用，結合長期測試經驗，并通過縱向和橫向的比較分析做出正確的判斷，為設備的狀態檢修提供決策依據，避免設備異常擴大造成事故。

【參考文獻】

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