一起35_kV氧化锌避雷器试验数据异常原因分析_陈斌.pdf

一一起起 氧氧化化锌锌避避雷雷器器试试验验数数据据异异常常原原因因分分析析收稿日期：作者简介：陈 斌（），工程师，主要从事高电压技术工作。陈陈 斌斌，周周 鹏鹏，谭谭思思源源（广西电网公司南宁供电局，广西 南宁；国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京）摘摘 要要：对一只投运不到 年遭受多次雷击的 氧化锌避雷器出现带电测试不合格现象进行分析。通过对缺陷避雷器进行停电拆卸、测量绝缘电阻、测量直流 电压、密封性试验等查找原因，最终确定是该避雷器阀片与外套间的材料绝缘老化，导致带电测试结果不合格，最后对避雷器阀片与外壳连接加工提出建议。关关键键词词：氧化锌避雷器；雷击；泄漏电流；绝缘电阻；热缩套中中图图分分类类号号：文文献献标标识识码码：文文章章编编号号：（）雷电的产生伴随着巨大的能量，雷电流瞬间能达到上万安培，被雷电击中物体的绝缘性能常常受到毁灭性打击。电力线路等设备常常矗立在旷野中，极易成为雷击目标，一旦设备被雷电击中，雷电过电压将会沿着线路进入变电站，若防护不当，轻则造成线路停电，重则导致片区停电，给电网和民生造成巨大损失。目前，国内有许多防雷手段和装置，比如架设架空地线，装设避雷针，减小地网电阻，装设自动重合闸等。氧化锌避雷器（）以经济性好、体积小、灭弧性能优异等特点，成为当下最普遍的防雷装置，其重要程度不言而喻。由于氧化锌避雷器常常暴露在自然环境中，若维护不当或出厂密封不良，极易失去保护作用，影响电网安全稳定运行。因此，氧化锌避雷器安全可靠运行对于电网安全、确保生产企业经济效益有着重要的意义。氧化锌避雷器故障类型分析氧化锌避雷器一般由阀片及绝缘外套组成。阀片的主要成分是氧化锌，当雷电击中线路时，避雷器阀片两端电场强度增大，阀片由高电阻状态变为低电阻状态，泄漏雷电流。当雷电流流过后，阀片两端电场强度下降至临界电压以下，阀片再次变为高电阻状态，不影响线路正常运行。当使用避雷器带电测试装置测得氧化锌避雷器泄漏电流异常增大时，一般认为由外部环境、内部受潮和阀片电阻劣化三类原因造成。如图 所示，为氧化锌避雷器外绝缘电阻，为氧化锌避雷器阀片电阻。外部环境：氧化锌避雷器常年暴露在户外，绝缘外壳劣化、表面污渍进而导致环境湿度太高都会使外绝缘电阻 数值降低，表面泄漏电流增大。除绝缘外壳劣化使电阻减小不可逆外，其他两项的变化是可逆的。图 避雷器绝缘电阻简单示意图内部受潮：氧化锌避雷器外壳密封性不良，会导致潮气浸入其内部，使阀片内部容抗减小，泄漏电流随之增大。但该变化是可逆的，随着环境温度升高，内部潮气散去后，阀片容抗又将恢复正常状态。阀片电阻劣化：通常由多次遭受雷击、长期运行后阀片老化或制造缺陷等引起。此类原因导致阀片电阻 阻值下降，泄漏电流增大。且此阀片电阻劣化不可逆转。氧化锌避雷器故障概况广西某 户外变电站位于乡村道路旁，周边地势平整，电压等级线路均为无避雷线的架空线路，属于雷害多发区域。年 月，试验人员开展例行避雷器带电测试时，发现某间隔 侧线路避雷器、三相全电流、阻性电流及功率均出现不同程度的快速增长趋势。年 月停电检查，发现其泄漏电流试验不合格，检修人员随即更换上已安装在备用间隔的线路避雷器，使投运前绝缘电阻、泄漏电流试验均合格，满足电力设备预防性试验规程（）的要求。该组避雷器于 年 月出厂，型号为 ，整组避雷器 ，单个阀片 之间，与不合格的避雷器为同一厂家同一型第 卷 第 期重庆电力高等专科学校学报 年 月 号同一批次。避雷器带电测试试验人员 年 月进站对该组避雷器做带电测试，以得到原始数据，为今后避雷器带电测试对比提供依据。年 月，试验人员再次开展例行避雷器带电测试时，发现该组避雷器、相全电流、阻性电流及功率都有明显增大趋势，不满足规程的要求，立即申请停电检查。因调度中心不同意，只能对该组避雷器缩短试验周期，关注其缺陷发展趋势。避雷器投运以来的带电测试结果如表 所示。表 避雷器带电测试结果相位避雷器动作次数检测年月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 注：避雷器动作次数为本次试验与上次试验之间避雷器计数器动作次数。由表 可知，年 月与 年 月相比，、两相全电流增长率分别为、，相为；、两相的阻性电流增长率分别为、，相为；、两相的功率损耗增长率分别为、，相为。根据电力设备预防性试验规程（）要求，全电流、阻性电流或功率损耗的测量值与初始值不应有明显变化；当阻性电流增加 时应该分析原因；当阻性电流增加 倍时应退出运行。据此，、相避雷器三项指标变化率已远超规程要求，因此应以紧急缺陷为由，对线路避雷器进行停电检查。绝缘电阻及泄漏电流试验排查对已拆卸的三相避雷器进行绝缘电阻试验及本体直流 电压 及 下的泄漏电流试验。由表 可知，相升至 时，泄漏电流突然急剧上升，瞬间超出仪器测量范围，、相 电压均低于铭牌标示值 ，相在 下的泄漏电流值接近 ；相各项数据正常。以上说明、相避雷器内部存在问题。表 直流 试验数据相位绝缘电阻 密封性排查外部观察法：对间隔拆下的避雷器金属屏蔽和外绝缘层外面进行擦拭。外绝缘筒是内壁为环氧树脂筒与硅橡胶绝缘护套粘合的结构，避雷器上下密封盖之间的密封性能良好、无裂缝，潮气不易渗入。热水侵泡法：根据交流无间隙金属氧化物避雷器（）中的 节，对避雷器进行密封性试验。相关数据如表 所示。表 密封性试验数据相位水温 时长 试验过程中无连续气泡溢出，但各相的 电压变化值均没有超过，数据正常。因此认为三相避雷器密封性良好。解体分析为查明避雷器不合格的原因，需进一步对、三相避雷器进行解体，以排查避雷器内部问题所在。对避雷器进行解体后，发现该产品氧化锌阀片与外壳间的填充物为热缩套，而大多数同类产品的填充物一般使用环氧树脂。由于热缩套的稳定性和耐受性都不如环氧树脂，特别是当避雷器遭受雷击时，雷电流伴随着高温流过避雷器内部并通向地面，因此氧化锌阀片产生的高温会对热缩套造成一定程度的介质劣化，导致热缩套绝缘性能降低。特别是该线路遭受多次雷击后，热缩套劣化得更快。通过绝缘电阻试验发现、相热缩套绝缘电阻分别为 、，由此判定避雷器内部热缩套绝缘不良。为排除氧化锌避雷器阀片劣化的可能性，对拆解出来的阀片单独进行试验，用电动兆欧表施加 电压时，单个阀片绝缘电阻均大于 、均大于 ，满足阀片标注的参数要求，说明阀片的非线性特性未发生明显变化。通过上述试验可知，避雷器直流泄漏放电不呈非线性电阻特征，而呈击穿放电特征，由此可判断该类型热缩套不合格。热缩套和电阻阀片是并联于系统电压下的。当避雷器动作的时候，会产生很大的放电电流并通过电阻阀片释放。通过绝缘良好热缩套的放电电流不第 卷第 期 重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报大，一般不会直接造成热缩套过热老化。电阻阀片放电时虽会产生大量的热量，但包裹阀片的热缩套密封良好，会让内部热量不易传导出去，一旦产生的热量大于产品设计要求，或达到热缩套热老化条件，或不合格的热缩套材料不耐受高温时，热缩套就极易绝缘老化。当热缩套绝缘老化后绝缘电阻阻值降低，会有更多的电流流过热缩套表面，使避雷器进一步劣化。为分析说明，可将避雷器绝缘电阻等效结构用图 表示。图 避雷器绝缘电阻等效结构图阀片为避雷器电阻阀片阻值，为避雷器外壳绝缘电阻值，为避雷器阀片与绝缘外套粘连处绝缘电阻值。正常情况下，当两端加压且未达到阀片阈值时，阀片不会被击穿，泄漏电流也很小。若 绝缘电阻劣化，当两端加压且未达到阀片阈值时，泄漏电流增大，甚至绝缘击穿，导致避雷器劣化。结语针对氧化锌避雷器泄漏电流增大的现象，对避雷器进行一系列分析试验，最后得出出现该现象的原因是避雷器绝缘外套与阀片间的绝缘材料老化。这是一起较为特殊的避雷器泄漏电流异常增大事件，产生该现象的根本原因是厂家在加工生产时对产品质量把控不严，导致部分避雷器在正常运行过程中劣化较快。因此建议：）对全网区该厂家生产的 避雷器进行摸排，对避雷器带电测试数据进行分批次分类型的比较，并将测试数据与历史数据比较，与同类设备比较，当数据发生明显变化时，应及时通知相关部门确认数据变化的原因，尽早发现设备异常现象；）工作人员在现场应正确使用仪器，警惕异常数据，及时发现避雷器异常状况，并对异常设备加强巡视，及时更换，避免相关事故的发生；）进一步对该批次避雷器劣化原因进行分析；）对已坏的或已无法查看次数的避雷器动作计数器及时进行更换，考虑停电原因不能及时更换的，应对已坏的且满足带电更换条件的避雷器动作计数器及时进行带电更换。参考文献：王巨丰，黄上师，王嬿蕾，等 架空线路用气体灭弧防雷发 展 综 述 高 电 压 技 术，（）：王兴贵，李庆玲，李效珍，等 氧化锌避雷器应用研究 高压电器，（）：吴根富 氧化锌避雷器的应用与分析 电气开关，（）：余喆，蓝道林，董树礼，等 一起避雷器泄漏电流异常增大特殊案例分析 浙江电力，（）：颜湘莲，文远芳，易小羽 避雷器检测技术的分析与研究 电瓷避雷器，（）：，（，；，）：，：；重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 第 卷第 期