一起避雷器阻性電流試驗分析

岳剛

（云南電網有限責任公司麗江供電局，云南 麗江 674100）

0 前言

避雷器是用來保護電氣設備免受瞬態過電壓危害的一種重要電器設備。其結構為將若干片ZnO電阻片串聯壓緊密封在避雷器外套內[1]。避雷器的限壓作用是靠ZnO電阻片來實現的，ZnO電阻片具有優異伏-安特性，在工作電壓下，泄漏電流只有毫安數量級，而且基本上是容性分量，接近絕緣狀態。在過電壓發生時，避雷器電阻變小，釋放能量，能量釋放之后電阻片又恢復到最初的高阻狀態[2]。

由于氧化鋅避雷器長期承受系統電壓、過電壓、污穢引起的電壓分布不均勻和內部受潮等因素影響，其絕緣性能下降，非線性特性劣化，造成MOA老化，甚至爆炸，帶來巨大的經濟損失，而且嚴重威脅到電網的安全運行[3]。因此，對避雷器的絕緣性能進行試驗，可以及早發現和排除故障，防止事故的發生[4]。

1 MOA阻性電流測量的意義

在運行情況下，流過避雷器的主要電流為容性電流，而阻性電流只占很小一部分，約為10%～25%左右。但當內部老化、受潮等絕緣部件受損以及表面嚴重污穢時，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加，因此通過測量MOA阻性電流的變化，就可以了解氧化鋅避雷器的運行狀況，及時發現避雷器是否進水受潮以及檢測閥片是否老化或劣化等[5]。

測試儀器一般通過測量MOA兩端電壓和流過MOA的電流，得到電壓有效值U，電流有效值I和I超前U的相位角Φ。在現場帶電測量的情況下，U是運行電壓，I是MOA的總泄漏電流。

由上圖1，可以計算基波阻性電流IR1和基波容性電流IC1：

圖1

1.1 參數特性

全電流I：可以判斷MOA性能，但不如阻性電流靈敏。從上圖可以看出，假定IC1不變，Φ從85°減小到65°，阻性電流增加到4.8倍全電流只增加到1.1倍放電計數器大都帶有全電流表，全電流明顯增加也能反映出MOA性能劣化程度。

阻性電流IR1：帶電測量的主要數據。Φ接近90°時不宜用“阻性電流增加了多少倍”評價MOA性能。因為Φ=90°時，IR=0。受相間干擾影響，Φ可能大于90°，此時IR1為負值。

相位角Φ：判斷MOA性能是比較好的方法。其原因是：運行電壓會隨電網負載變化，這種變化會影響I和IR，但Φ不受影響，Φ與介損本質相同。對容性設備而言，介損等于tgδ（δ=90°-Φ，在90°附近），阻性電流基本與δ成正比，與Φ偏離90°的距離成正比。Φ是原始數據，相間干擾直接影響Φ。IR1是間接計算量[6]。

1.2 Φ角性能判斷

根據Φ角對MOA的性能進行評判，根據現場實測數據和經驗，制作了一個對比表格如表1，儀器按照此表給出MOA評價。

表1 結論對應的角度

質量良好的MOA出廠時Φ約為86°，現場測量大多數MOA的Φ在83°附近。一些數據表明，Φ低于60°時，MOA接近發生熱崩潰[7]。

MOA阻性電流測量數據和性能判斷都嚴重依賴Φ。測量過程影響Φ的原因很多，比如：

1）電壓電流任何一個信號接反了，會相差180°。

2）使用非待測相PT參考電壓，Φ相差120°或240°。

3）使用B相接地的PT參考電壓，Φ相差30°、150°等等[8]。

4）相間干擾影響。

2 避雷器故障分析

某110 kV變電站35 kV避雷器于2013年投運，型號為YH10WX-54/142，設備運行單位技術人員在2020年1月對該站35 kV避雷器進行帶電測試時，發現35 kV南關線線路B相避雷器阻性電流測試不合格，為了查找B相避雷器試驗不合格的原因，開展了以下檢測和解體檢查。

2.1 阻性電流測試

試驗人員使用儀器1對35 kV南關線線路避雷器進行了阻性電流帶電測試，試驗數據詳見表2。

表2 避雷器阻性電流測試

從歷年數據分析測試值來看，2020年IR1P阻性電流基波峰值增長達7129.63%，可初步判斷B相避雷器本體氧化鋅閥片嚴重受潮、劣化，可能本體內部已有積水。

2.2 放電計數器檢查

放電計數器檢查A、C相泄露電流相差不大，B相1.1 mA，相比A、C相明顯偏大，計數器試驗正常，可排除放電計數器采集電流不正確的可能性，計數器動作次數無明顯跨越次數，可排除雷擊損壞避雷器的概率。

2.3 紅外測溫檢查

對35 kV南關線線路避雷器進行紅外測溫，從紅外測溫結果看：當時測溫負荷為700 kW，A、C相溫度幾乎一樣，而B相的溫度為16.1度與A、C相的溫度溫差達到6 K，依據行標DL/T664-2008標準，氧化鋅避雷器的溫差在0.5-1 K之間，B相的溫差已超過規程規定值，紅外測溫是檢查MOA內部閥片的運行狀態的一種監測，由此可判斷氧化鋅避雷器閥片受潮或老化。建議對避雷器進行停電開展直流泄漏試驗。

2.4 直流泄漏試驗

對35 kV南關線進行停電試驗，B相線路避雷器主絕緣為75.8 MΩ，U1mA為35.6 kV，不滿足廠家要求≧80 kV，與前次U1mA測試值比較減小-55.56%。

Q/CSG1206007-2017《電力設備檢修試驗規程》中規定：35 kV及以下電壓等級用2500 V兆歐表進行絕緣電阻試驗，絕緣電阻不小于1000 MΩ，U1mA實測值與初始值或制造廠規定值比較，變化不應大于±5%。

本次的主絕緣電阻及U1mA測試值均不滿足規程要求，該避雷器不具備運行條件。

2.5 不同廠家儀器測試對比分析

使用儀器1和儀器2對35 kV南飛線避雷器進行測試詳見表3。

表3 儀器1、2全電流、阻性電流測試

從儀器1、儀器2的測試數據看：A、B、C相全電流、阻性電流基波峰值一致，因此可排除測試設備損壞或差異的影響，可以判斷儀器1測試出的試驗數據準確。

2.6 解體檢查

對35 kV南關線B相線路避雷器進行了解體檢查。避雷器復合絕緣傘裙、上端密封、下端密封表面無放電及燒蝕痕跡，氧化鋅閥片基本完整，閥片側面存在放電痕跡。上端壓板、緊壓彈簧、均發現銹蝕痕跡，表明避雷器已發生受潮。同時，由于緊壓彈簧與閥片接觸，緊壓彈簧生銹表明潮氣已侵入氧化鋅閥片。避雷器內部上端密封處有明顯的沙眼，緊壓彈簧連接的封板有明顯的生銹痕跡，潮氣侵入主要從沙眼處侵入，從而導致緊壓彈簧受潮生銹，進一步導致閥片受潮而出現電蝕痕跡。因此，可判定潮氣從內部上端密封沙眼破損處進入。

3 故障原因分析

1）避雷器是由于雨水從本體沙眼處進入避雷器內部而受潮，氧化鋅片長時間被雨水浸泡所致，導致避雷器劣化，MOA發熱和阻性電流增加[9]。

2）避雷器在制作工藝上粗糙或干燥工藝把關不嚴，避雷器在出廠時本體上存在縫隙，導致在MOA存在先天性缺陷[8]。

3）B相避雷器發生故障的可能原因為：B相避雷器頂部密封金屬材料由于質量的原因經過長時間的運行后出現縫隙，進而使潮氣進入使閥片受潮，導致避雷器內部發熱溫度升高，阻性電流成倍增加。

4 結束語

1）基于上述對35 kV南關線線路B相避雷器試驗不合格的分析，由于避雷器本體密封不良存在先天性缺陷進水受潮、氧化鋅避雷器閥片劣化，最終導致B相避雷器阻性電流試驗的不合格。所以每年定期開展避雷器阻性電流帶電測試，并結合紅外測溫輔助分析，從而對避雷器是否受潮進行準確地分析[10]。

2）加強零部件質量的檢驗，不讓不合格的零部件進入正常的生產流程。同時嚴格按照國家標準進行出廠例行試驗，把好質量關，杜絕避雷器的質量問題[11]。

3）開展避雷器交接驗收抽檢試驗，有效評估入網設備質量。同時應加強設備運維，通過開展紅外測溫和阻性電流測試，準確評估避雷器的運行狀況，有效降低避雷器擊穿爆炸的運行風險，保證電網設備安全穩定運行[12-14]。