三相組合式過電壓保護器預試不合格分析

王軼琛

(杭州華電下沙熱電有限公司，浙江 杭州 310018)

0 引言

真空斷路器因其優良的性能被廣泛應用于中壓系統，由于其滅弧能力強，在開合操作電動機和變壓器等感性負載時易產生過電壓現象，對系統內電氣設備安全運行造成影響。為此，不少電力及工礦企業選擇組合式過電壓保護器作為操作過電壓和大氣過電壓保護裝置。

1 三相組合式過電壓保護器異常現象

某燃機發電廠廠用電系統6 kV開關柜內安裝有TBP-A(B)-7.6/131型三相組合式過電壓保護器，用于限制大氣過電壓和操作過電壓。每組保護器由4個獨立元件組成，其中3個相元件與系統A, B，C三相分別連接，地元件與地線連接形成公共中性點，如圖1所示。每個元件由非線性氧化鋅閥片FR和串聯放電間隙CG組成，外套采用憎水性強的硅橡膠復合絕緣材料，整體硫化一次成型法生產，適用于操作頻繁的運行環境。

圖1 三相組合式過電壓保護器結構

該燃機發電廠基建安裝的三相組合式過電壓保護器為2013年生產，2014年交接試驗合格后投入運行，其后歷次電氣預防性試驗中曾發現個別過電壓保護器不合格并進行了更換。

根據JB/T 10609—2006《交流三相組合式有串聯間隙金屬氧化物避雷器》，額定電壓7.6 kV的電機用避雷器工頻放電電壓有效值應不小于15 kV，電站用避雷器工頻放電電壓有效值不小于16 kV。在2021年電氣預防性試驗中，先后發現有6組過電壓保護器相—相絕緣電阻明顯下降，工頻放電電壓大幅降低，不滿足試驗標準(三相相元件編號分別為1，2，3)，而過電壓保護器的相—地絕緣電阻值均滿足大于2500 MΩ的試驗標準。

將這6組試驗不合格的過電壓保護器拆至實驗室進行檢查分析。通過外觀檢查發現3個相元件的硅橡膠外套、電纜引線及基座絕緣盒表面無破損、過熱、爬電、變色、污染等異常痕跡。由于地元件封裝在過電壓保護器基座絕緣盒內，暫時無法判斷。

對該過電壓保護器完成清潔干燥后，使用兆歐表復測相—相和相—地絕緣電阻，無明顯變化。初步判斷地元件絕緣正常，而相元件存在異常情況導致絕緣不合格。

2 解體檢查及試驗

為分析過電壓保護器絕緣下降原因，對其中的2組組合式過電壓保護器進行解體檢查。該型號保護器生產工藝和基本結構為：每個相元件的放電間隙和氧化鋅閥片等功能器件封裝在硅橡膠外套覆蓋下的一個白色絕緣密封筒內，該密封筒分上下兩部分，通過螺紋擰緊連接，縫隙用膠水密封。由于并非抽真空工藝，筒內難免有空氣留存。地元件結構與相元件一致，地元件水平放置在密封絕緣基座內，其首端通過銅線與各相元件尾端連接，尾端通過一螺桿穿出基座接地。

2.1 2號廠區變過電壓保護器

2.1.1 相元件(編號1)解體檢查情況

將2號廠區變過電壓保護器相元件(編號1)外部硅橡膠割除，檢查硅橡膠內表面干凈平整，無異常現象。裝有功能元器件的密封筒外觀無受損、潮濕等異常現象。打開密封筒，看到放電間隙的上電極嚴重銅綠銹蝕，并碎裂成大小不等的5塊；下電極完整、未見明顯裂紋，但表面覆蓋明顯銅綠；該相元件其余部件未見明顯異常情況。該保護器(編號2，3)相元件以及地元件未解體，留做浸水觀察試驗。

2.1.2 相元件(編號1)解體后試驗情況

相元件(編號1)解體后，對其中一些部件進行絕緣電阻、直流泄漏電流測試。氧化鋅閥片絕緣電阻1.26 GΩ。對氧化鋅閥片做直流泄漏電流試驗，U1mA直流電壓為6.6 kV，測量0.75U1mA下泄漏電流為12 μA，與制造廠規定值相符合。測量放電間隙支撐絕緣筒絕緣電阻為35 MΩ，用酒精擦拭后復測絕緣電阻提高至6.44 GΩ，說明其表面有污染。

2.2 1B循環水泵過電壓保護器

2.2.1 相元件(編號2)解體及試驗情況

將1B循環水泵過電壓保護器相元件(編號2)解體，解體后發現與2號廠區變情況相同，即放電間隙上電極銹蝕銅綠，邊緣碎裂，而下電極表面銅綠嚴重；放電間隙支撐絕緣筒表面有粉末附著現象；解體后測量放電間隙套筒絕緣電阻8.38 MΩ；氧化鋅閥片絕緣電阻4.56 MΩ，擦拭后絕緣明顯提高；進行直流泄漏試驗，則U1mA直流電壓為5 kV，0.75U1mA下泄漏電流為24 μA，與制造廠規定值相符合。

2.2.2 相元件(編號1)試驗及解體檢查情況

1B循環水泵過電壓保護器相元件(編號1)采取先進行直流泄漏試驗后解體的檢查方法。首先用兆歐表2500 V檔測量，絕緣電阻為2.57 MΩ；然后用5000 V檔測試，顯示值在1.9～2.4 MΩ擺動；再施加直流電壓2 kV，泄漏電流在達到800 μA后逐漸降低。上述試驗現象反映該相元件內部絕緣存在異常。

試驗結束后進行解體檢查，發現上電極銹蝕銅綠，周邊絕緣蓋上分布黑色樹枝狀雜質，可以擦拭掉，疑似表面爬電痕跡；下電極銹蝕嚴重，有顆粒雜質。

2.2.3 地元件解體及試驗情況

由于過電壓保護器地元件的絕緣檢測情況均正常，因此只對1B循環水泵的地元件進行解體檢查。解體前檢查地元件外觀完整干凈，解體后內部未見受潮、銹蝕、破損等跡象。放電間隙下電極有放電熏黑痕跡，其余部件未見異常情況。

解體后測量地元件氧化鋅閥片絕緣電阻為1.94 GΩ，放電間隙套筒絕緣電阻為1.957 TΩ。對氧化鋅閥片做直流泄漏試驗，U1mA直流電壓為5.1 kV，0.75U1mA下泄漏電流為23 μA，與制造廠規定值相符合。

2.3 2號空壓機過電壓保護器

2號空壓機過電壓保護器借鑒無間隙避雷器試驗方法，選擇直流泄漏試驗進一步驗證其絕緣狀況。根據試驗前相—相、相—地不同元件組合的絕緣電阻結果，采取相—地元件組合施加6 kV直流電壓，相—相元件組合施加3 kV直流電壓。結果顯示，試驗前后各元件絕緣電阻無明顯變化。通過各組試驗數據的比對，判斷地元件絕緣狀況良好，而3個相元件絕緣存在問題，與之前試驗結果相吻合。

3 浸水試驗

將2號廠區變過電壓保護器相元件(編號2，3)以及地元件正立浸入水箱，保持水面沒過相元件頂部電纜引線根部。該浸水檢查是為了檢查元件的密封性，為分析相元件絕緣下降原因提供參考。浸水前，測量R23絕緣電阻為29 MΩ，R2D絕緣電阻987 GΩ，R3D絕緣電阻865 GΩ。

試驗結果顯示，相元件和地元件在浸水初期絕緣電阻均呈現明顯下降趨勢，絕緣良好的地元件在一周后降至20 MΩ，與相元件相當。分析認為：相元件(編號1)解體后，基座絕緣盒原有密封性被破壞，導致封裝在盒內的地元件進水受潮，是其絕緣電阻嚴重下降的根本原因。

4 結束語

通過對絕緣異常的過電壓保護器解體檢查及相關試驗，綜合分析得出保護器相元件絕緣不合格是其內部受潮所致。潮氣使放電間隙的電極嚴重銹蝕，腐蝕產生的粉末污染了放電間隙支撐套筒、氧化鋅閥片等部件表面，導致絕緣嚴重下降，腐蝕電極在裝配應力作用下出現裂紋甚至破碎，給過電壓保護器帶來極大的安全隱患。

該批次過電壓保護器出現絕緣嚴重下降的共性問題，其根本原因是該類型產品生產工藝難以保證長期密封效果，加上電廠運行環境潮濕，如開關柜下方電纜溝有積水等，潮氣進入相元件導致絕緣不合格。

因此，需要重視開展過電壓保護器預防性試驗工作，及時發現絕緣異常隱患。根據以往用戶經驗，同類型產品運行超過8年后故障率較高。為消除安全隱患，建議電廠對仍在運行的同批次其他產品盡早安排更換處理。