一起110kV線路避雷器阻性電流增大的原因分析

劉勤鋒

摘? 要：針對運行電壓下交流泄漏電流帶電測試發現的某110kV線路避雷器阻性電流增大明顯的問題，介紹了該缺陷避雷器的跟蹤測試過程，并結合各種測試數據和返廠解體情況，對該線路避雷器阻性電流增大的原因進行分析。通過實踐案例分析，為避雷器的運行維護和性能檢測提供了寶貴工作經驗。避雷器的廣泛應用，在有效保護其他設備免受過電壓侵害的同時，其自身的健康狀況也會直接威脅到電力系統的安全運行。

關鍵詞：線路避雷器? 阻性電流? 增大? 電阻片

中圖分類號：TM862 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0024-03

避雷器是電力系統中用來保護各種電氣設備免受過電壓損壞的電氣產品，其主要作用是吸收雷電過電壓、操作過電壓等沖擊能量，防止過電壓進入變電站及用戶而損壞電力設備及用電設備[1-4]。避雷器的廣泛應用，在有效保護其他設備免受過電壓侵害的同時，其自身的健康狀況也會直接威脅到電力系統的安全運行。因此，通過各種帶電和停電的測試方法加強避雷器性能診斷，及時發現和消除設備缺陷，意義極其重大。其中，每年雷雨季節前進行一次運行電壓下交流泄漏電流測試，是35kV及以上金屬氧化鋅避雷器的一個重要試驗項目[5]。

1? 缺陷避雷器的跟蹤測試情況

某220kV變電站的某110kV線路金屬氧化鋅避雷器，型號為YH10W5-108/268，于2014年11月投入運行。在2016年3月的避雷器運行電壓下交流泄漏電流帶電測試中，發現該線路B相避雷器的阻性電流較2015年8月的測試結果增大44%（由0.070mA增至0.101mA）。并于2016年6月的紅外線測溫中發現該線路B相避雷器的中上部存在局部發熱現象（較A、C兩相相同位置的溫度分別高0.8K、1.7K左右，較其本體其他部位的溫度最大高1K左右）。

隨后，縮短對該避雷器的運行電壓下交流泄漏電流帶電測試及紅外線測溫的試驗周期，在一年多的帶電跟蹤測試中，缺陷現象雖然一直存在但未見惡化跡象。

從以上數據可見，該避雷器投運一年多后阻性電流增大44%，接近南方電網編制的Q/CSG 114002-2011電力設備預防性試驗規程中“當阻性電流增加50%時應該分析原因，加強監測、適當縮短檢測周期”的要求[6];另該避雷器溫升達1K左右，根據《DL/T 664-2016帶電設備紅外診斷應用規范》診斷判據需進行停電試驗檢查。

2017年9月，對該線路避雷器進行停電試驗，發現該B相避雷器的0.75U1mA下泄漏電流為48μA（A、C兩相分別為10μA、15μA，試驗規程中標準為不大于50μA），另絕緣電阻、直流1mA電壓U1mA等試驗數據均合格，且與交接等歷史數據基本一致。

2? 返廠試驗及解體情況

2.1 返廠試驗

為了進一步查找設備的缺陷原因，于2018年2月將該缺陷避雷器進行返廠試驗及解體分析。解體前，在工頻持續電流阻性分量及局部放電測試上，與廠內另一臺同類型的正常避雷器做了對比測試，測試結果見表1、表2。

2.2 解體檢查情況

完成相關試驗項目后，對該避雷器進行解體檢查，共拆出氧化鋅電阻片32片、鋁墊片6片、壓緊彈簧3個（分別置于本體的頂部、底部及中間位置）。在外觀檢查中，除了發現中間彈簧往上的4片電阻片存在表面鍍鋁層脫落、變色外，其他電阻片外觀均無異常。

由于該避雷器的絕緣筒內壁與氧化鋅電阻片芯體側面之間的空隙注采用注入液體樹脂填充的處理方式，樹脂硬化后絕緣筒和電阻片將固化成一體，導致解體后的電阻片大部分都殘缺不全，對其中12片外觀完整的電阻片進行直流參考電壓U1mA和直流泄漏電流I75%U1mA測試，并無發現異常情況。

3? 影響避雷器阻性電流增大的可能原因

從各試驗項目及解剖檢查發現，該避雷器有3個明顯特征：局部放電信號明顯，泄漏電流偏大，發熱部位的內部元件的鍍鋁層已松脫變色以及接觸面沾有填充樹脂。因此，設備故障的可能原因有以下幾方面。

3.1 內部電場不均勻導致局部放電，引發局部發熱劣化

（1）氧化鋅電阻片的邊角破損。為了避免尖端等引起局部電場的不均勻，氧化鋅電阻片在生產過程中都必須進行倒角處理。氧化鋅電阻片具有陶瓷特性的“硬”和“脆”，在生產和安裝過程中很容易由于碰撞等原因造成電阻片的邊角破損。

（2）鍍鋁層工藝不過關。氧化鋅電阻片其中的一個重要制造工藝就是將片間的接觸面打磨平整，并鍍上鋁層。接觸面打磨不平整，鍍鋁層不均勻等原因都會導致安裝后接觸不良引起局部放電。

（3）注膠過程中將樹脂注入電阻片間的接觸面內。電阻片等部件之間的主回路接觸面的接觸壓力是靠彈簧壓緊而產生的。注膠過程中，液體樹脂必須具備一定壓力才能注入。當電阻片或鋁墊片的接觸面之間存有縫隙或接觸面接觸壓力小于液體樹脂注入時的壓力，液體樹脂就會注入電阻片等部件的接觸面之間，從而導致主回路接觸不良，引發局部放電或發熱。

（4）注膠過程中產生氣泡或縫隙。據廠家介紹，該類型避雷器的電阻片芯體與絕緣筒之間的空隙是采用真空注膠，填充膠是從底部注入，但注膠后靜置時填充膠往底部沉淀，因此頂部往往出現填充膠不結實的現象。當注膠不均勻或產生氣泡，必然引起電場的分布不均勻，嚴重時將產生局部放電。

3.2 絕緣處理存在缺陷

（1）氧化鋅電阻片側面的絕緣處理存在缺陷。氧化鋅電阻片側面的絕緣處理也是一個重要工藝，除了要均勻噴涂絕緣材料外，還要防止在對接觸面鍍鋁過程中沾上鋁粉。如果電阻片側面的絕緣處理工藝不過關，必將引起泄漏電流增大。

（2）絕緣筒局部劣化。絕緣筒作為支撐和固定的主要部件，運行電壓直接加在其兩端，正常情況下其本體的泄漏電流將非常小，如果其產品質量存在問題，泄露電流將增大并引起局部發熱劣化。

4? 阻性電流增大原因確認

在將近2年的跟蹤測試中，該避雷器的缺陷雖一直存在但無惡化跡象，可見這是一個緩慢輕微的內部缺陷。在解體中，中間壓緊彈簧靠上的4片電阻片的上下接觸面鍍鋁層均有明顯氧化脫落以及變色現象，這與紅外熱像圖中的發熱部位相吻合，可以鎖定該避雷器的缺陷部位在中間壓緊彈簧靠上的4片電阻片上。

中間壓緊彈簧靠上的電阻片的下接觸面上沾滿糊狀的填充樹脂，可以判斷該避雷器在生產過程中存在樹脂注入電阻片間的接觸面內的現象，這是該設備缺陷的根本原因。由于樹脂的注入，導致該接觸面接觸不良，從而引發局部放電，局部放電產生發熱。局放與發熱的持續惡化，熱量的往上傳遞，導致中間壓緊彈簧靠上的4片電阻片產生鍍鋁層脫落變色的劣化。

5? 結語

在該起避雷器阻性電流增大的原因分析中，可以發現，避雷器的構造雖簡單，但其制造工藝的要求是不可輕視的。對于避雷器的質量檢測和日常維護，筆者提出以下建議。

（1）嚴格把關避雷器出廠試驗中局部放電測試的結果。在2010年版氧化鋅避雷器國標中，氧化鋅避雷器在1.05倍持續運行電壓下的局放信號的要求由原來的“不大于50pC”提高到“不大于10pC”[7]，國外發達國家也早已實行不大于5pC的要求。局部放電能量雖少，但由于長期存在必將引起局部發熱裂化等缺陷，應加強重視。通過嚴格把關出廠試驗中避雷器局放測試結果，從源頭有效把控產品的制造質量。

（2）采用帶電測試的手段，取代避雷器的計劃性停電預防性試驗項目。根據20世紀90年代我國電力系統應用統計，110kV及以上國產金屬氧化物避雷器事故率0.286相/百相年，其中受潮引起事故占60%;進口設備0.34相/百相年，主要是由于老化、參考電壓低、發片溫度系數過大和電位分布不均等造成[8]。金屬氧化物閥片的阻性電流是判斷閥片是否老化或受潮的最常用方法。此外，避雷器的受潮、劣化等缺陷引起阻性電流增大，從而導致發熱現象，因此采用紅外線測溫結合運行電壓下交流泄漏電流帶電測試的方式完全可及時發現設備缺陷。

參考文獻

[1] 李慶玲，王興貴，李效珍，等.氧化鋅避雷器應用一些問題探討[J].高壓電器，2009，45（2）：130-132.

[2] 王玉茹.金屬氧化物避雷器在35kV電力系統的應用[J].電瓷避雷器，2009（4）：34-36.

[3] 李順堯.金屬氧化鋅別類器測試方法對比與分析[J].高壓電器，2010，46（3）：94-97.

[4] 李慶玲，程濟兵，王曉燕，等.輸電線路避雷器應用研究[J].高壓電器，2010，46（4）：77-80.

[5] Q/CSG 1206007-2017，電力設備檢修預試驗規程[S].中國南方電網有限責任公司，2017.

[6] 陳海強.金屬氧化物避雷器帶電測試淺談[J].企業技術開發，2011（17）：35-36.

[7] GB 11032-2010，交流無間隙金屬氧化物避雷器[S].

[8] 吳思源，宋巍，孟慶大，等.避雷器帶電測試方法實用性分析與選擇[J].華北電力技術，2015（5）：13-18.