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摘要：目前电力系统所使用的避雷器主要为金属氧化物避雷器(简称避雷器),其运行的可靠性对保证电力系统安全运行起着非常重要的作用。避雷器能释放雷电或操作过电压能量,保护电气设备免受瞬时过电压危害,又能截断续流,不致引起系统接地短路故障。当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作,流过电荷,限制过电压幅值,保护设备绝缘免遭击穿破坏;电压值正常后,避雷器又迅速恢复原状,以保证系统正常供电。
关键词：避雷器；缺陷；预防技术
一、避雷器故障分析
（一）底部密封不良导致内部受潮
该避雷器型号为HY5WZ—51/134,2005年10月出厂,2007年2月投运。2015年3月22日,对某110kV变电站进行红外精确测温时,发现410B相避雷器异常,红外测温图谱如图1所示。
图1410避雷器红外测温图谱
如图1所示,B相避雷器最高温度为26.0℃,A、C相温度约为16.7℃,温差达9.3K;B相本体上下温差达8.6K。B相上部发热,上下之间具有较为明显的分界面。
同时对该避雷器进行运行电压下持续电流检测,其检测数据见表1。
表1避雷器运行中持续电流检测数据
注:环境温度13℃,相对湿度71%。
对表1数据进行横向分析,发现B相避雷器全电流是A、C相电流的3倍多,阻性电流分别超出A、C相的30倍和10倍,阻性电流占全电流88.7%,初步判断避雷器内部存在受潮。
停电后对410避雷器进行诊断性试验,试验数据见表2。
表2410避雷器停电试验数据
注:(1)交接试验时间为2007年1月14日,上次例试时间为2013年9月18日;(2)因避雷器例行试验时不测量避雷器本体绝缘电阻,故上表中将本体绝缘电阻与交接值对比;(3)环境温度16℃,相对湿度62%。
由表2可知,410B相避雷器本体绝缘明显下降;U1mA远小于规定值73kV,其初值差为-57.2%;I0.75U1mA大于规定的50μA,超过初值30倍,A、C相各项数据正常。因此,判断B相避雷器内部受潮。
对该B相避雷器进行解体检查。解体前外观检查发现底座与硅橡胶之间存在缝隙,。解体后,发现上端内部弹簧与端盖接触处严重锈蚀,弹簧整体已氧化锈蚀,布满白斑。中、下部阀片受潮,阀片外表面出现大面积的锌白。
综上所述,避雷器硅橡胶与金属底座的浇铸和密封工艺不良,造成潮气渗入避雷器内部,引起避雷器中、下部阀片的绝缘电阻因受潮而迅速降低,由于避雷器上部电压分布梯度大,发热情况比其他部位更为严重。
（二）阀片老化
该避雷器型号为YH5WZ—51/134,2011年11月出厂,2012年3月投运。
2015年3月18日,对某66kV变电站进行避雷器运行电压下持续电流测试,发现406B相避雷器阻性电流明显异常,检测结果见表3。比较表3中的A、B、C三相测试数据,发现B相全电流及阻性电流远大于A、C两相。
表3406避雷器运行电压下持续电流检测结果
注:环境温度14℃,相对湿度60%。
同时,对406B相避雷器进行红外精确测温,发现中间伞裙部位发热最为明显,热场分布很不均匀,最高温度达到34.9℃,进一步确定了该避雷器异常发热缺陷。
停电后对406避雷器进行了本体绝缘电阻试验和直流泄漏测试,结果见表4。
表4406避雷器停电试验数据
注:环境温度13℃,相对湿度58%。
由表4可知,406避雷器B相绝缘电阻仅为126MΩ,远低于A、C相绝缘电阻值;B相U1mA为36.1kV,低于标准值(≥73kV),I0.75U1mA达到437μA,远超50μA标准值。
正常金属氧化物避雷器的阀片具有良好的非线性伏安特性。为了检测406B相避雷器的阀片是否正常,分别测量了406A、B两相避雷器的伏安特性。B相避雷器伏安特性不存在明显拐点;而A相避雷器表现出良好的非线性特性、拐点明显。说明B相避雷器阀片严重劣化,已丧失限制过电压性能。
试验后,对该避雷器进行解体检查和分析。剥去避雷器外绝缘套时,未见避雷器内部受潮。剥去阀片外护层后,发现环氧树脂层有烧黑的痕迹。
剥开绝缘筒,发现氧化物阀片已劣化,部分阀片已出现开裂、掉块及颜色异常的现象。
（三）密封圈老化导致内部受潮
该避雷器型号为Y10W5—200/520,2004年11月出厂,2005年2月投运。2008年7月20日,对某220kV变电站巡视时,发现220kVⅠ母6×14A相避雷器放电计数监视器指示异常,A相指示1.15mA,B、C相约0.6mA。发现异常后对该组避雷器进行了带电检测。
A相全电流超过B,C相两倍多,阻性电流超过20%的注意值,且与其他两相相比明显偏大。
根据带电检测结果,A相避雷器存在缺陷,停电对该避雷器进行诊断性试验。该避雷器下节绝缘仅为30MΩ,U1mA明显低于规定值,泄漏电流远大于50μA,判断该节避雷器已损坏。
随后对6×14A相避雷器下节进行解体检查,发现避雷器内部已严重受潮。避雷器两端部盖板密布水珠,端盖有锈蚀痕迹,密封圈老化无弹性,避雷器阀片内绝缘套表面有水滴,且有数处呈现电老化痕迹。避雷器阀片铝电极多数锈蚀,阀片布满白色氧化物粉末,内部吸潮剂已完全变色失效。
综合试验测试及解体情况分析,该节避雷器端部密封圈老化,导致密封不良,潮气进入避雷器内部,使避雷器阀片受潮,绝缘下降,泄漏电流增加。
（四）排水孔设计不合理导致内部受潮
经检查避雷器下端法兰处无排水孔,雨水从法兰防爆排气口进入,不能及时排出,是避雷器受潮的根本原因。下法兰空腔内积水,防爆膜失去密封性能,从而水汽进入避雷器内部。当下法兰内部空腔内大量积水时,如遇到冰冻天气,法兰内部积水结冰并膨胀,极有可能造成防爆膜机械损伤,出现裂纹。避雷器严重受潮后,内部阀片发热加剧,瓷套表面温升出现异常。
二、防范措施
1)严格控制避雷器生产工艺流程,提高工艺水平,对阀片的烘干、阀片的组装进行把关、确保密封垫圈的安放位置正确,防止毛刺引起局部场强过高等。
2)提高避雷器各部件的材料质量,一是应选用优质的阀片,提供合格的非线性电阻片人工加速老化试验报告及伏安特性曲线;二是隔弧筒、绝缘杆等附件合格证、试验报告等资料应齐全;三是密封件合格证、试验报告等资料应齐全,外观质量良好,无破损、划伤,尺寸符合制造厂要求。
3)加强出厂试验的管控,特别是局部放电试验、密封性能检查。
4)提高避雷器的带电检测水平,应结合红外测温与运行中持续电流检测两种带电检测方法对避雷器故障进行诊断。
5)提高检修人员对避雷器的故障分析与处理能力,多参与避雷器故障分析与解体工作。
三、结论
避雷器是变电站必不可少的重要设备之一,其稳定运行直接影响到主设备的安全。厂家应不断提高设计、工艺水平,采用性能更佳的原材料;电网检修运维人员应加强对避雷器内部结构的学习,熟练掌握故障分析与处理方法,积极开展带电检测工作,及时掌握避雷器的运行状态,以降低避雷器的故障率,提高其安全稳定运行水平。
参考文献：
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