氧化鋅避雷器安裝錯位異常診斷與分析

王志，劉昌標，葉可，李文燕，周杰，朱宏法

（國網浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州 311100）

在過電壓襲來時，金屬氧化鋅避雷器（簡稱MOV）可釋放過電壓能量以達到保護與之相連的電力設備，因此，在電力系統中得到了廣泛應用，而其性能也與電網安全穩定運行相關。

在理想狀態時，避雷器的各節所分得的電壓是均勻的。而在實際運行狀態時，避雷器上節的泄漏電流將是對地的雜散電容和流經避雷器本體的電流之和，這就直接導致上節避雷器的泄漏電流超過下節的泄漏電流，基本模型如圖1所示。

圖1 泄漏電流流向示意圖

因此，如果避雷器每一節內部的閥片在相同數量時，那么，其上節閥片所承受的電壓最大，中節相對減小，而下節所承受的電壓是最小的。這就使得避雷器每一節所分擔的電壓不均勻性加劇。為了避免此類問題出現，在現場中一般可采用加裝均壓環、提高閥片固有電容及并聯均壓電容等方式來達到電壓分布均勻的目的。早期，避雷器的生產受到所使用的閥片工藝制造的影響，一般情況下，基本是通過加裝均壓環及閥片外并聯電容以達到均勻電場分布的目的，即降低了電壓分布的不均勻系數。

本文所敘述的異常避雷器就屬于第三種情況。當避雷器的上節和中節在現場安裝時裝反時，那么上節所分擔的電壓就會上升，而同時在避雷器的中節所分擔的電壓就會下降，最終導致避雷器上中節的電壓分布不均勻，避雷器出現上節整體發熱現象。

1 概況

在某500kV變電站某條500kV線路投運后不久的首次紅外精確測溫中，檢測人員發現該線路500kV避雷器B相（共三節）上節存在整體發熱現象，紅外測溫結果如表1所示。

表2 該避雷器停電試驗數據

從表1中數據可知，A相和C相避雷器表面溫度從上到下呈現依次遞減，但是B相避雷器的表面溫度卻不同，清晰表現出了“U”型的溫度分布，即上下節閥片表面溫度高，中節閥片溫度低。上節閥片的溫度超過中、下節閥片最大溫差高達1.6K，并且與A相、C相同位置最大溫差也達到了1.1K。在現場檢測時，上節閥片處于整個發熱狀態，在溫度場上的分布也比較均勻，初步排除了由于瓷套的表面污穢嚴重時所導致的上節避雷器閥片表現出發熱類似異常的可能性。

該500kV避雷器由上節、中節及下節共計三節組成，而每一節的避雷器主部件均包含有氧化鋅閥片（17片）、瓷套、法蘭及隔弧筒等。在該廠家設計之初，為了使得各節避雷器所分擔的電壓均勻，在上節并聯了兩柱均壓電容，而中節僅并聯了一柱均壓電容，下節無均壓電容并聯。在這其中，每柱均壓電容的電容量是相同的，均為36個額定電容量為700pF的大電容串接在一起組成。結構示意圖如圖2所示。

圖2 避雷器結構示意圖

2 診斷試驗

現場對該異常避雷器開展阻性電流檢測，與歷史數據及站內同型避雷器歷次帶電檢測所得的數據相比，所測得的全電流在數上變化不大，雖然在阻性電流分量方面略微有一點增加，但仍然還在合理范圍內。因此，需要對該避雷器開展比如高頻局部放電檢測、紫外檢測、停電試驗等方法進行綜合判斷分析。

2.1 紫外檢測

為排除設備本體表面異常的影響，從各個角度對該異常設備進行全方位的紫外檢測，各個檢測角度均未見明顯的異常，以此避雷器的外部絕緣是良好的，并且電場在其表面的分布根據現場檢測結果來看也是比表均勻的，即不會存在電場比較嚴重的畸變這種現象。

2.2 高頻電流局部放電檢測情況

現場將高頻電流互感器放置于該避雷器的表計往接地部位引下處進行高頻電流局部放電檢測，從檢測圖譜來看，未見明顯異常圖譜。

2.3 停電試驗情況

為進一步檢查確認異常原因，在避雷器替換后，對異常避雷器進行了絕緣電阻試驗、直流1mA泄漏電流下直流參考電壓、電容量測量及0.75倍直流參考電壓下泄漏電流試驗等相關診斷試驗。

試驗結果顯示，絕緣電阻試驗、直流1mA泄漏電流下直流參考電壓及0.75倍直流參考電壓下泄漏電流試驗數據均滿足規程要求，但電容量測試發現該避雷器中節所測得的電容量最大，上節要小一點，這種表象顯然不符合該避雷器在設計之初的均壓電容的布置。

從絕緣電阻試驗的數據上看，該避雷器主絕緣是良好的，即該避雷器不存在密封不嚴時所導致的受潮進水、密封圈腐蝕等問題；并且，直流1mA泄漏電流下直流參考電壓及0.75倍直流參考電壓下的泄漏電流數據也是良好的，這就印證了其內部所安裝的氧化鋅閥片性能良好，也不存在閥片受潮、閥片老化等一系列問題。在電容量方面，與出廠值相比，其上節所測得的電容量偏小，但是中節所測得的電容量又偏大，這一情況又充分證實了均壓電容本身存在異常。

因此，綜合各項試驗數據，可初步判斷該異常主要可能為避雷器的上節電容本身性能劣化、電容各接點在內部接觸不良或上中節電容安裝錯位等。

3 避雷器解體情況

為進一步驗證初步分析結果，查明異常原因，后續對該異常避雷器進行解體檢查。

3.1 外觀檢查情況

在停電后，對該避雷器的外觀進行檢查，相應金屬法蘭面無銹蝕且無異物，外瓷套也完整，未出現裂紋，說明避雷器外觀良好。

3.2 密封性檢查情況

在設計之初，避雷器的內部一般都會充入適量的氮氣形成微正壓（壓力在0.035～0.05MPa），這是為了避免潮氣侵入閥片。但在解體整個過程中，當打開底部的法蘭螺栓時，現場可清晰聽到明顯的氣體泄漏聲音，說明避雷器內部仍然保持著設計之初的微正壓狀態。

當用吊車吊起瓷套時，在密封圈所包裹的半徑以內無受潮痕跡。綜合以上情況，說明避雷器密封性能良好，受潮可能性不大。

3.3 避雷內部檢查情況

當取下避雷器閥片的隔弧筒后，發現上節僅安裝有一柱電容均壓，而對應的中節卻安裝了兩柱均壓電容。這就清晰說明了在避雷器出廠或者現場安裝的時候，上節、中節內均壓電容安裝錯位。

3.4 內部元器件檢查情況

為排除所并聯的均壓電容元件本身性能影響，確認安裝于內部的元器件各項性能是否處于良好狀態，在拿掉瓷套和隔弧筒后，對上中節的均壓電容開展了絕緣電阻試驗和電容量試驗，試驗數據如表3所示。

表3 異常避雷器所測得均壓電容值

當上中節均僅并聯有一柱均壓電容時，所測得的數據較好。當中節避雷器并聯有單柱均壓電容時，所測得的總電容量相比兩柱均壓電容，在電容量數值上要小17pF左右，與理論值（即19pF）數值上基本相同。

并且，根據現場所檢測的均壓電容值，在進行計算后總電容量18.68pF，這與廠家設計理論值也是極為相近的。

綜上所述，該異常避雷器的均壓電容絕緣電阻阻值及電容量均未見異常。解體后的一系列試驗數據，則進一步說明該異常只能是該避雷器的上節與中節均壓電容安裝錯位這一可能。

4 綜合分析

綜合各項試驗結果來看，可基本確定導致該避雷器上節發熱異常的主要原因應該為避雷器上中節均壓電容安裝順序錯位，部分避雷器閥片的荷電率增加。荷電率體現閥片承受載荷電壓的能力，是考核避雷器閥片性能的重要指標，根據閥片功率損耗的計算公式：

式中，P表示功率，單位為W；U表示避雷器所處的運行電壓、C表示均壓電容電容值，單位F；f表示電壓頻率；tanσ表示均壓電容介損值，單位%；R表示閥片在該電壓下的電阻值。

荷電率變大就相當于有功功率損耗的增加，在外部表現為上節整體發熱現象。

5 結語

制造廠在設計之初時都會有規定的荷電率，當超過時，就會使得閥片的發熱速率高于散熱速率，最終導致閥片“熱崩潰”甚至閥片損壞等嚴重異常。但從該避雷器B相的試驗數據來看，雖然上節閥片的荷電率有所增加，導致發熱異常，但顯然沒有超過產品設計預留的裕度。

另外，從上述檢測結果看，紅外測溫及電容量測量這2種試驗對該異常的發現比較有效。但反觀其他試驗項目情況，一旦避雷器每節所安裝的閥片在數量、結構均相同時，哪怕相應安裝順序裝反，也是難以發現的。然而，對于有并聯均壓電容的避雷器，常規試驗并未對電容量測試作相關要求，在內部元件性能良好的情況下，其他停電試驗項目無法發現此類隱患。因此，在后續運維檢修中：（1）通過紅外測溫、電容量測試等方法加強對其他類似結構設備的檢測，以發現并聯均壓電容的相關缺陷。（2）對該類似結構的避雷器在例行停電C級檢修時，額外增加電容量測試試驗項目。