110kV氧化鋅避雷器異常診斷實(shí)例分析

梁 峰，孫翀也，郎米蘭，李 碩，尚永剛

(1.黑龍江省大慶電業(yè)局，黑龍江 大慶163458;2.哈爾濱電業(yè)局，哈爾濱150046;3.黑龍江省大慶外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，黑龍江 大慶163458)

氧化鋅避雷器是一種重要的過(guò)電壓保護(hù)電器設(shè)備，其閥片性能穩(wěn)定、保護(hù)性能優(yōu)越，能夠限制約束操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓［1］。然而在運(yùn)行中，由于氧化鋅避雷器受潮后絕緣性能降低，不但不能對(duì)其他電氣設(shè)備起到過(guò)電壓保護(hù)作用，而且自身也會(huì)發(fā)生重大安全事故。因此在投運(yùn)前和運(yùn)行中應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)程做好交接和預(yù)試驗(yàn)，并監(jiān)視其各種參數(shù)的變化情況。

1 氧化鋅避雷器工作特性和受潮原因

氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)主要由絕緣構(gòu)架、閥片電阻片和瓷套等部分組成，其中閥片電阻片是其最重要的結(jié)構(gòu)，主要由氧化鋅金屬氧化物組成。氧化鋅避雷器晶界層的相對(duì)介電常數(shù)可達(dá)500～2 000，這樣電阻片就會(huì)有比較大的電容量，在運(yùn)行中電阻片的電流主要是電容電流。氧化鋅閥片電阻有非常好的電壓－電流非線性關(guān)系，當(dāng)流過(guò)的電流小時(shí)電阻大，當(dāng)電流大時(shí)電阻小，說(shuō)明在運(yùn)行電壓下，氧化鋅閥片電阻相當(dāng)于一個(gè)很高的電阻，流過(guò)的電流比較小。當(dāng)雷電流通過(guò)時(shí)，閥片相當(dāng)于很小的電阻，能維持適當(dāng)?shù)臍垑海瑥亩Ｗo(hù)設(shè)備安全。在長(zhǎng)期的運(yùn)行電壓作用下，閥片電阻會(huì)變得老化，也有可能出廠時(shí)安裝不良造成受潮，絕緣電阻降低。所以氧化鋅避雷器的伏安特性會(huì)因?yàn)檫@兩種情況受到影響，阻性泄漏電流［2］就會(huì)增加，氧化鋅避雷器也會(huì)發(fā)生爆炸，造成電力事故。

氧化鋅避雷器受潮的主要原因是出廠時(shí)安裝密封不良，其形式包括:

1)氧化鋅避雷器瓷套質(zhì)量低劣，在運(yùn)輸或制造中顛簸受損破裂出現(xiàn)隱形裂紋。

2)氧化鋅避雷器底端兩端蓋板制造加工粗糙并且有毛刺。

3)氧化鋅避雷器出廠時(shí)組裝密封膠圈位移或漏裝。

4)氧化鋅避雷器的密封膠圈永久性壓縮變形指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

氧化鋅避雷器受潮后，電流監(jiān)視器的全電流會(huì)增大，絕緣電阻降低，帶電測(cè)試數(shù)據(jù)中有功損耗和阻性電流明顯增加。

2 氧化鋅避雷器試驗(yàn)檢測(cè)方法

2.1 氧化鋅避雷器停電檢測(cè)［3］

氧化鋅避雷器停電檢測(cè)試驗(yàn)方法就是測(cè)量絕緣電阻，根據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》氧化鋅避雷器底座絕緣電阻應(yīng)大于等于100 MΩ。

氧化鋅避雷器停電檢測(cè)試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確可靠，缺點(diǎn)是需要進(jìn)行停電拆線，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，極為不便。隨著電網(wǎng)容量的迅猛擴(kuò)大，在變電站不斷擴(kuò)建下，需要停電檢修的電力設(shè)備也不斷增加，這樣會(huì)增加更多的工作量，有時(shí)某條線路的負(fù)荷比較重要而無(wú)法進(jìn)行周期性預(yù)防試驗(yàn)。

目前，氧化鋅避雷器停電預(yù)防性試驗(yàn)主要是直流高壓試驗(yàn)，即測(cè)量氧化鋅避雷器直流電流1 mA下臨界動(dòng)作參考電壓U1mA和0.75U1mA電壓［3］下的泄漏電流。直流高壓試驗(yàn)可以檢查閥片電阻片是否受潮，并且確定動(dòng)作特性是否正常，檢查非線性特性及絕緣性能。按照《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，氧化鋅避雷器直流電流1 mA下臨界動(dòng)作參考電壓U1mA實(shí)測(cè)值與初始值或制造廠規(guī)定值比較，變化不得大于±5%，而0.75U1mA下的泄漏電流不應(yīng)大于50 μA。

2.2 氧化鋅避雷器帶電運(yùn)行檢測(cè)［3］

在不停電的情況下，對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行帶電測(cè)試可充分了解氧化鋅避雷器的運(yùn)行特性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象和事故隱患，通過(guò)施行有效預(yù)防措施防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，保證其在良好的狀態(tài)下運(yùn)行。

對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行帶電測(cè)試，可以測(cè)量出基波阻性電流、高次諧波電流、容性電流以及全電流等。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行帶電測(cè)試檢測(cè)方法是通過(guò)從對(duì)應(yīng)的電壓互感器上獲取電壓信號(hào)以及氧化鋅避雷器的全電流信號(hào)共同獲得阻性電流大小，作為氧化鋅避雷器帶點(diǎn)測(cè)試的檢測(cè)依據(jù)。氧化鋅避雷器在運(yùn)行中泄露電流主要有阻性電流和容性電流分量，而阻性電流分量一般只占全電流的10%～20%，當(dāng)氧化鋅避雷器老化劣變受潮后，阻性電流分量增加，全電流也會(huì)增加。

按照規(guī)程規(guī)定，110 kV及以上金屬氧化物避雷器在新投運(yùn)后0.5～1.0 a，若懷疑有缺陷或者雷雨季節(jié)前時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行1次帶電測(cè)試，主要測(cè)量運(yùn)行電壓下阻性電流、功率損耗以及全電流。運(yùn)行中定期監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器電流監(jiān)視器電流值并比較全電流的變化趨勢(shì)，在檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)阻性電流增加50%時(shí)，應(yīng)該分析其原因并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)阻性電流增加兩倍時(shí)，應(yīng)停電檢查。

2.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)［4－7］

目前，我國(guó)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)大體可以分為兩類:分散式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和集中式微機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［8－10］。以前集中式處理方式主要應(yīng)用于絕緣在線檢測(cè)，在后臺(tái)工控機(jī)通過(guò)屏蔽電纜將被測(cè)信號(hào)引進(jìn)來(lái)，然后由工控機(jī)進(jìn)行集中循環(huán)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。由于一次獲取的信號(hào)太小，而模擬量傳輸過(guò)程中會(huì)引入比較大的干擾并對(duì)傳感器耦合后被測(cè)參數(shù)產(chǎn)生影響，其測(cè)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確度不能保證。因此集中式處理方式具有可擴(kuò)展性不強(qiáng)和靈活性不足的缺點(diǎn)，當(dāng)需要增加新的檢測(cè)量時(shí)不容易滿足。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，可采用總線式結(jié)構(gòu)的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣能使現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元具有提取數(shù)字化信號(hào)和集中分析處理的功能。現(xiàn)在國(guó)外的狀態(tài)檢修已經(jīng)進(jìn)入了具有監(jiān)測(cè)、判斷和告知專家系統(tǒng)的高級(jí)階段，這也是氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 氧化鋅避雷器異常診斷實(shí)例分析

某供電公司變電站某條線路的氧化鋅避雷器型號(hào)HY10WZ1－102/266，為大連北方電氣廠生產(chǎn)。某日該線路的A相避雷器全電流監(jiān)測(cè)表指示異常，全電流和阻性電流明顯增加。其歷年帶電測(cè)試全電流和阻性電流的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可以看出，2012年7月氧化鋅避雷器帶電檢測(cè)出全電流和阻性電流的大小相對(duì)之前測(cè)試值明顯增大，其中，全電流值相對(duì)2009年9月的值增大了1.61倍，阻性電流增大了5.2倍，阻性電流分量占全電流竟達(dá)50%以上。依據(jù)規(guī)程可以考慮退出運(yùn)行、停電試驗(yàn)，并進(jìn)一步分析故障原因。該線路停電后，根據(jù)氧化鋅避雷器停電檢測(cè)試驗(yàn)方法，測(cè)試出氧化鋅避雷器本體絕緣電阻以及直流電流l mA下臨界動(dòng)作參考電壓U1mA和0.75U1mA電壓下的泄漏電流值如表2所示。

表1 變電站某線路氧化鋅避雷器歷年全電流和阻性電流測(cè)量數(shù)據(jù)

表2 變電站某線路A相氧化鋅避雷器直流1 mA電壓及75%U1 mA電壓下泄漏電流

從表2可以看到，歷年經(jīng)過(guò)停電試驗(yàn)后測(cè)試的氧化鋅避雷器上節(jié)l mA下臨界動(dòng)作參考電壓U1mA和0.75U1mA電壓下的泄漏電流值符合規(guī)程規(guī)定值，而2012年7月下節(jié)氧化鋅避雷器本體絕緣電阻為2 000 mΩ，1 mA下臨界動(dòng)作參考電壓U1mA實(shí)測(cè)值為126.3 kV，與初始值比較變化大于 ±5%，0.75U1mA下的泄漏電流為127 μA，遠(yuǎn)大于規(guī)程規(guī)定的50 μA，說(shuō)明該線路的A相避雷器下節(jié)嚴(yán)重受潮。

經(jīng)過(guò)廠家解體檢查，發(fā)現(xiàn)該避雷器兩節(jié)連接處有些積水，分析其原因是該避雷器在密封膠圈組裝時(shí)，發(fā)生了竄位使得避雷器內(nèi)部進(jìn)水，所以受潮時(shí)間長(zhǎng)后下節(jié)避雷器嚴(yán)重銹蝕。

一般情況下氧化鋅避雷器受潮的情況可能是在氧化鋅避雷器兩節(jié)連接處積水受潮，另外最易進(jìn)水受潮的是避雷器下端與計(jì)數(shù)器連接的接線柱部分。從制造工藝上來(lái)看，也有可能是氧化鋅避雷器閥片本身就存在缺陷或在固定閥片這道工序時(shí)出現(xiàn)受潮情況。

4 結(jié)論

在平時(shí)運(yùn)行中，對(duì)同型號(hào)、同廠家氧化鋅避雷器進(jìn)行帶電測(cè)試的監(jiān)測(cè)，應(yīng)重點(diǎn)考核全電流、阻性電流、諧波的增長(zhǎng)情況和全電流、阻性電流的百分比，加強(qiáng)對(duì)全電流的在線監(jiān)測(cè)和橫向秘縱向的比較分析。加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)檢查避雷器的缺陷，是保證氧化鋅避雷器安全運(yùn)行的重要措施之一。實(shí)踐證明，抄錄氧化鋅避雷器電流監(jiān)視器電流值、測(cè)量阻性電流和監(jiān)視參數(shù)的變化，能準(zhǔn)確反應(yīng)氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀況。帶電測(cè)試阻性電流可以早期預(yù)知氧化鋅避雷器的性能劣化，測(cè)量直流1 mA電壓對(duì)氧化鋅避雷器性能的診斷分析有決定性作用

［1］楊保初，劉曉波，戴玉松.高電壓技術(shù)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2001.

［2］張鵬，張偉星，巨文偉.氧化鋅避雷器試驗(yàn)的探討［J］.電氣開(kāi)關(guān)，2009(2):16－18.

［3］秦錕.金屬氧化物避雷器試驗(yàn)綜述［J］.科技資訊，2008(26):212.

［4］張振洪，臧殿紅.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)方法的研究［J］.高壓電器，2009，45(5):126 －129.

［5］殷雄開(kāi)，紹濤.金屬氧化物避雷器檢測(cè)方法的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.高電壓技術(shù)，2002，28(6):34 －36.

［6］張振洪，臧殿紅.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)方法的研究［J］.高壓電器，2009，45(5):126 －129.

［7］毛慧明，左斌武，李宏建.數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳型避雷器在線監(jiān)測(cè)器的研制［J］.電瓷避雷器，2009(3):18－21.

［8］李慶玲，王興貴，李效珍，等.氧化鋅避雷器應(yīng)用一些問(wèn)題探討［J］.高壓電器，2009，45(2):130 －131.

［9］楊殿成.金屬氧化物避雷器帶電測(cè)試干擾分析［J］.高壓電器，2009，45(5):130 －132.

［10］李順堯.金屬氧化鋅避雷器測(cè)試方法對(duì)比與分析［J］.高壓電器，2010，46(3):94 －97.