一起110kV氧化鋅避雷器泄漏電流異常分析

李星宇

國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司 江蘇 鎮江 212000

引言

避雷器是用于在過電壓侵襲時，保護電氣設備使其不受過電壓危害，并且可以限制其續流時間及其續流幅值的電氣設備，常用于各電壓等級的電網系統當中。相較磁吹式和閥式避雷器，氧化鋅避雷器的保護功能更加優越。通過充分利用氧化鋅這種化學物質的非線性伏安特性，使避雷器在持續工作的電壓下所流過的電流可以控制在一個很小的范圍內，氧化鋅避雷器受到過電壓時，其電阻迅速下降，可以在短時內泄放其所能承受的過電壓，以此達到對其他電氣設備進行保護的功能。在高電壓試驗中，檢測氧化鋅避雷器所處的狀態，盡早發現其可能存在的缺陷，是有效保護電網設備的一項十分基礎，但也具有重大意義的工作。

1 異常現象

變電站運維人員在對220kV某變電站進行巡視時，發現某110kV間隔氧化鋅避雷器A相的泄漏電流表的示數分別為3.6mA，B相和C相的泄漏電流表的示數分別為1.1mA、1.2mA，A相的泄漏電流約為B相和C相的3倍，隨后立即上報上級管理部門，檢修部門電氣試驗人員接到缺陷報告后立刻對該設備進行了檢查。

通過對避雷器下方泄漏電流表的檢查，發現該間隔避雷A相泄漏電流確存在異常，且紅外圖譜顯示，避雷器A相本體溫度略高，A相溫度高于B、C相，溫差Δt達到4.8K，且發熱部位為避雷器本體，避雷器上方頂蓋、金屬接頭無發熱現象，疑似存在設備缺陷。根據該避雷器泄漏電流表示數的差異，以及紅外精確測溫顯示的異常溫差，初步判斷該間隔A相避雷器存在缺陷，需進行停電試驗進一步確認。停電后，變電檢修部門的電氣試驗人員對該避雷器進行直流泄漏電流試驗和絕緣電阻試驗，試驗結果表明A相避雷器存在缺陷。

2 診斷試驗

在設備返廠后對該氧化鋅避雷器進行進一步試驗及解體檢查，以確定缺陷情況，診斷試驗結果如表1所示。

表1 實驗數據

試驗條件：天氣情況：晴；現場相對濕度：53%；環境溫度：27℃。

2.1 直流1mA電壓（U1mA）及75%U1mA下的泄漏電流測試

試驗儀器：直流高壓發生器；試驗結果：A相：直流U1mA=82.3kV（交接試驗值：150.1kV）；I75%U1mA=65μA（標準值：50μA，交接試驗值：11μA）。

2.2 絕緣電阻測試

試驗儀器：5000V絕緣電阻測試儀；試驗結果，絕緣電阻值RM=3600MΩ（交接試驗值：16500MΩ）。

2.3 阻性電流測試

給避雷器施加一個系統的額定電壓，測量避雷器的全電流、阻性電流值。

試驗結果：A相：全電流1.493mA（上一次測試值：1.022mA）；阻性電流峰值0.408mA（上一次測試值：0.089mA）；相角74.14°。（阻性電流測量值應與上次或初始值的差值≤30%，全電流測量值應與上次或初始值的差值≤20%）

2.4 紅外測試

給避雷器施加一個系統的額定電壓，并使用紅外熱像儀進行檢測。經測量，最大溫差為4K。

3 原因分析

3.1 氧化鋅避雷器的特性

氧化鋅避雷器由主要由氧化鋅閥片、金屬附件、外瓷套、底座等部分構成，其良好的性能主要依賴其內部堆疊的氧化鋅閥片[1]。氧化鋅閥片的非線性伏安特性十分優良，在額定工作電壓的作用下，通過其本體的電流數值均可保持在幾百微安左右。此外，由于氧化鋅閥片外形規則，便于加工，在制成避雷器時可采用無間隙結構，使其在充分發揮保護性能的同時在整體重量和尺寸上得到良好控制，不至過大、過重。

為保障氧化鋅避雷器能擁有良好的密封性能，生產廠家在制作時，一般會采用復合外套，并嚴格控制密封圈的受力壓縮量，配合使用密封膠加強其氣密性。外殼采用陶瓷制成，陶瓷制品的密封性能、防腐蝕、防老化性能俱佳，可保障避雷器在長時電壓作用和雨雪、灰塵、大氣污染物等環境作用下，其性能保持長久穩定。

3.2 數據分析

該氧化鋅避雷器為國內某高壓設備廠生產，型號為Y10W-102/266W，2009年11月生產，2010年投運。根據出廠資料和安裝報告、交接試驗記錄，該設備在投運時無異常情況，設備狀態良好。

3.2.1 直流1mA電壓（U1mA）及0.75U1mA下的泄漏電流測試。測量這兩個數值的大小，其目的就是檢驗其內部是否存在受潮和老化這一類問題，尤其是氧化鋅閥片是否存這一問題。從試驗數據來看，A相在1mA電流下的電壓值U1mA僅為82.3kV，遠低于其交接試驗值150.1kV；I75%U1mA值為65μA，高于標準值50μA，且與交接試驗值11μA差距較大。

3.2.2 絕緣電阻測試結果分析[2]。當避雷器外觀無破損、無污穢且密封良好時，其絕緣電阻值會維持在較高水平。如出現明顯破損、污穢或受潮現象，其絕緣電阻值會有較大的下滑，所以測量避雷器的絕緣電阻值對判斷避雷器絕緣是否良好，其內部是否存在受潮缺陷是一種很好的方法。從試驗數據來看，其絕緣電阻值為3600MΩ，較前一次測試值下降明顯，絕緣性能劣化明顯，由于其外觀無破損和裂紋，故存在內部缺陷的可能性較大。

3.2.3 阻性電流測試結果分析。在運行電壓下，流經避雷器的全電流包含了阻性電流分量、容性電流分量兩部分，當避雷器狀態良好時，阻性電流分量的數值與容性分量數值相比非常小，阻性電流約占全電流數值的10—15%，一般不超過25%。從試驗數據來看，其電流相角為74.14°，小于75°，其性能已存在一定的劣化。全電流測試值為1.493mA，與上一次測試值1.022mA相比偏差已達46.09%；阻性電流峰值為0.408mA，與上一次測試值0.089mA相比，偏差已達358%，存在較為嚴重的劣化。

3.2.4 紅外測溫結果分析。為模擬正常運行狀態，試驗人員在該氧化鋅避雷器和同型號無缺陷避雷器同時施加額定運行電壓，而后使用紅外熱像儀進行溫度檢測。經測量，發熱部位仍為設備本體中上部，最大溫差為4K，存在嚴重發熱缺陷。

從各項試驗結果分析，A相氧化鋅避雷器在直流1mA下的直流電壓遠低于該設備交接試驗值，且0.75U1mA下的泄漏電流值I75%U1mA已超標，不滿足《國家電網公司變電檢測管理細則》的相關要求[3]。通過絕緣電阻測試結果來看，其絕緣電阻值下降明顯，不滿足《國家電網公司變電檢測管理細則》的相關要求[4]。從阻性電流測試試驗數據來看，全電流測試值偏差已達46.09%，阻性電流峰值偏差已達358%，偏差較大。從紅外測溫結果來看，發熱點最高溫度與正常設備溫度的溫差已達4K，根據《DL/T-664-2016帶電設備紅外診斷應用規范》中對避雷器紅外測溫結果的判據，可初步判斷存在內部受潮和氧化鋅閥片老化的問題。通過以上各項測試結果分析，該避雷器內部很有可能存在受潮或閥片老化等故障。

為進一步確定該避雷器內部存在著何種異常，檢修人員對避雷器進行解體，以檢查其內部情況。在對避雷器彈簧、導電片進行檢查時，發現彈簧中上部有銹蝕痕跡，導電片存在銹斑；避雷器內部較為潮濕，閥片外表面也較為潮濕。

由解體檢查結果可以判定，氧化鋅閥片存在嚴重的劣化，避雷器的金屬件上存在銹蝕痕跡，但并未在器身上發現明顯的滲漏點或破損痕跡。由此我們可以推斷，該避雷器在制造過程中，配件接頭部位存在微小縫隙，或在裝配過程中存在未充分緊固、未充分干燥等問題。此后在運行過程中，由于雨水、溫差等環境作用，潮氣在避雷器器身內積聚，造成避雷器內部絕緣下降，導致泄漏電流增大，并產生異常發熱。

4 結束語

為充分監測避雷器運行狀態，盡早發現缺陷、消除缺陷，在例行的運維檢修工作中，運維人員應加強對避雷器外觀情況和泄漏電流表的巡視，并做好紅外測溫工作，如有異常情況應及時上報。檢修人員應結合停電工作對避雷器設備外觀進行檢查，及時更換銹蝕或損壞的金屬部件，打磨接頭、涂抹導電膏，并對避雷器器身進行清掃，去除其表面附著的臟污；在特殊氣象來臨前后、負荷較重時段等特殊時期，應加強對避雷器的巡視，重點關注泄漏電流表示數有無異常，表計有無損壞、卡澀、失靈、示數不清等現象，如其動作計數器數值差異過大也應引起關注。電氣試驗人員應加強對避雷器設備的紅外測溫和阻性電流測試，并根據往年精確測溫結果和近期電網負荷情況擬定需要重點監測的變電站和需要重點監測的設備，并相應縮短該變電站及變電站設備的帶電檢測周期。