氧化鋅避雷器安裝錯(cuò)位異常診斷與分析

王志，劉昌標(biāo)，葉可，李文燕，周杰，朱宏法

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州 311100）

在過(guò)電壓襲來(lái)時(shí)，金屬氧化鋅避雷器（簡(jiǎn)稱MOV）可釋放過(guò)電壓能量以達(dá)到保護(hù)與之相連的電力設(shè)備，因此，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，而其性能也與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行相關(guān)。

在理想狀態(tài)時(shí)，避雷器的各節(jié)所分得的電壓是均勻的。而在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，避雷器上節(jié)的泄漏電流將是對(duì)地的雜散電容和流經(jīng)避雷器本體的電流之和，這就直接導(dǎo)致上節(jié)避雷器的泄漏電流超過(guò)下節(jié)的泄漏電流，基本模型如圖1所示。

圖1 泄漏電流流向示意圖

因此，如果避雷器每一節(jié)內(nèi)部的閥片在相同數(shù)量時(shí)，那么，其上節(jié)閥片所承受的電壓最大，中節(jié)相對(duì)減小，而下節(jié)所承受的電壓是最小的。這就使得避雷器每一節(jié)所分擔(dān)的電壓不均勻性加劇。為了避免此類問(wèn)題出現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)中一般可采用加裝均壓環(huán)、提高閥片固有電容及并聯(lián)均壓電容等方式來(lái)達(dá)到電壓分布均勻的目的。早期，避雷器的生產(chǎn)受到所使用的閥片工藝制造的影響，一般情況下，基本是通過(guò)加裝均壓環(huán)及閥片外并聯(lián)電容以達(dá)到均勻電場(chǎng)分布的目的，即降低了電壓分布的不均勻系數(shù)。

本文所敘述的異常避雷器就屬于第三種情況。當(dāng)避雷器的上節(jié)和中節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)裝反時(shí)，那么上節(jié)所分擔(dān)的電壓就會(huì)上升，而同時(shí)在避雷器的中節(jié)所分擔(dān)的電壓就會(huì)下降，最終導(dǎo)致避雷器上中節(jié)的電壓分布不均勻，避雷器出現(xiàn)上節(jié)整體發(fā)熱現(xiàn)象。

1 概況

在某500kV變電站某條500kV線路投運(yùn)后不久的首次紅外精確測(cè)溫中，檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)該線路500kV避雷器B相（共三節(jié)）上節(jié)存在整體發(fā)熱現(xiàn)象，紅外測(cè)溫結(jié)果如表1所示。

表2 該避雷器停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表1中數(shù)據(jù)可知，A相和C相避雷器表面溫度從上到下呈現(xiàn)依次遞減，但是B相避雷器的表面溫度卻不同，清晰表現(xiàn)出了“U”型的溫度分布，即上下節(jié)閥片表面溫度高，中節(jié)閥片溫度低。上節(jié)閥片的溫度超過(guò)中、下節(jié)閥片最大溫差高達(dá)1.6K，并且與A相、C相同位置最大溫差也達(dá)到了1.1K。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，上節(jié)閥片處于整個(gè)發(fā)熱狀態(tài)，在溫度場(chǎng)上的分布也比較均勻，初步排除了由于瓷套的表面污穢嚴(yán)重時(shí)所導(dǎo)致的上節(jié)避雷器閥片表現(xiàn)出發(fā)熱類似異常的可能性。

該500kV避雷器由上節(jié)、中節(jié)及下節(jié)共計(jì)三節(jié)組成，而每一節(jié)的避雷器主部件均包含有氧化鋅閥片（17片）、瓷套、法蘭及隔弧筒等。在該廠家設(shè)計(jì)之初，為了使得各節(jié)避雷器所分擔(dān)的電壓均勻，在上節(jié)并聯(lián)了兩柱均壓電容，而中節(jié)僅并聯(lián)了一柱均壓電容，下節(jié)無(wú)均壓電容并聯(lián)。在這其中，每柱均壓電容的電容量是相同的，均為36個(gè)額定電容量為700pF的大電容串接在一起組成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 避雷器結(jié)構(gòu)示意圖

2 診斷試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該異常避雷器開(kāi)展阻性電流檢測(cè)，與歷史數(shù)據(jù)及站內(nèi)同型避雷器歷次帶電檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)相比，所測(cè)得的全電流在數(shù)上變化不大，雖然在阻性電流分量方面略微有一點(diǎn)增加，但仍然還在合理范圍內(nèi)。因此，需要對(duì)該避雷器開(kāi)展比如高頻局部放電檢測(cè)、紫外檢測(cè)、停電試驗(yàn)等方法進(jìn)行綜合判斷分析。

2.1 紫外檢測(cè)

為排除設(shè)備本體表面異常的影響，從各個(gè)角度對(duì)該異常設(shè)備進(jìn)行全方位的紫外檢測(cè)，各個(gè)檢測(cè)角度均未見(jiàn)明顯的異常，以此避雷器的外部絕緣是良好的，并且電場(chǎng)在其表面的分布根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看也是比表均勻的，即不會(huì)存在電場(chǎng)比較嚴(yán)重的畸變這種現(xiàn)象。

2.2 高頻電流局部放電檢測(cè)情況

現(xiàn)場(chǎng)將高頻電流互感器放置于該避雷器的表計(jì)往接地部位引下處進(jìn)行高頻電流局部放電檢測(cè)，從檢測(cè)圖譜來(lái)看，未見(jiàn)明顯異常圖譜。

2.3 停電試驗(yàn)情況

為進(jìn)一步檢查確認(rèn)異常原因，在避雷器替換后，對(duì)異常避雷器進(jìn)行了絕緣電阻試驗(yàn)、直流1mA泄漏電流下直流參考電壓、電容量測(cè)量及0.75倍直流參考電壓下泄漏電流試驗(yàn)等相關(guān)診斷試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，絕緣電阻試驗(yàn)、直流1mA泄漏電流下直流參考電壓及0.75倍直流參考電壓下泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足規(guī)程要求，但電容量測(cè)試發(fā)現(xiàn)該避雷器中節(jié)所測(cè)得的電容量最大，上節(jié)要小一點(diǎn)，這種表象顯然不符合該避雷器在設(shè)計(jì)之初的均壓電容的布置。

從絕緣電阻試驗(yàn)的數(shù)據(jù)上看，該避雷器主絕緣是良好的，即該避雷器不存在密封不嚴(yán)時(shí)所導(dǎo)致的受潮進(jìn)水、密封圈腐蝕等問(wèn)題；并且，直流1mA泄漏電流下直流參考電壓及0.75倍直流參考電壓下的泄漏電流數(shù)據(jù)也是良好的，這就印證了其內(nèi)部所安裝的氧化鋅閥片性能良好，也不存在閥片受潮、閥片老化等一系列問(wèn)題。在電容量方面，與出廠值相比，其上節(jié)所測(cè)得的電容量偏小，但是中節(jié)所測(cè)得的電容量又偏大，這一情況又充分證實(shí)了均壓電容本身存在異常。

因此，綜合各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可初步判斷該異常主要可能為避雷器的上節(jié)電容本身性能劣化、電容各接點(diǎn)在內(nèi)部接觸不良或上中節(jié)電容安裝錯(cuò)位等。

3 避雷器解體情況

為進(jìn)一步驗(yàn)證初步分析結(jié)果，查明異常原因，后續(xù)對(duì)該異常避雷器進(jìn)行解體檢查。

3.1 外觀檢查情況

在停電后，對(duì)該避雷器的外觀進(jìn)行檢查，相應(yīng)金屬法蘭面無(wú)銹蝕且無(wú)異物，外瓷套也完整，未出現(xiàn)裂紋，說(shuō)明避雷器外觀良好。

3.2 密封性檢查情況

在設(shè)計(jì)之初，避雷器的內(nèi)部一般都會(huì)充入適量的氮?dú)庑纬晌⒄龎海▔毫υ?.035～0.05MPa），這是為了避免潮氣侵入閥片。但在解體整個(gè)過(guò)程中，當(dāng)打開(kāi)底部的法蘭螺栓時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可清晰聽(tīng)到明顯的氣體泄漏聲音，說(shuō)明避雷器內(nèi)部仍然保持著設(shè)計(jì)之初的微正壓狀態(tài)。

當(dāng)用吊車吊起瓷套時(shí)，在密封圈所包裹的半徑以內(nèi)無(wú)受潮痕跡。綜合以上情況，說(shuō)明避雷器密封性能良好，受潮可能性不大。

3.3 避雷內(nèi)部檢查情況

當(dāng)取下避雷器閥片的隔弧筒后，發(fā)現(xiàn)上節(jié)僅安裝有一柱電容均壓，而對(duì)應(yīng)的中節(jié)卻安裝了兩柱均壓電容。這就清晰說(shuō)明了在避雷器出廠或者現(xiàn)場(chǎng)安裝的時(shí)候，上節(jié)、中節(jié)內(nèi)均壓電容安裝錯(cuò)位。

3.4 內(nèi)部元器件檢查情況

為排除所并聯(lián)的均壓電容元件本身性能影響，確認(rèn)安裝于內(nèi)部的元器件各項(xiàng)性能是否處于良好狀態(tài)，在拿掉瓷套和隔弧筒后，對(duì)上中節(jié)的均壓電容開(kāi)展了絕緣電阻試驗(yàn)和電容量試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 異常避雷器所測(cè)得均壓電容值

當(dāng)上中節(jié)均僅并聯(lián)有一柱均壓電容時(shí)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)較好。當(dāng)中節(jié)避雷器并聯(lián)有單柱均壓電容時(shí)，所測(cè)得的總電容量相比兩柱均壓電容，在電容量數(shù)值上要小17pF左右，與理論值（即19pF）數(shù)值上基本相同。

并且，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所檢測(cè)的均壓電容值，在進(jìn)行計(jì)算后總電容量18.68pF，這與廠家設(shè)計(jì)理論值也是極為相近的。

綜上所述，該異常避雷器的均壓電容絕緣電阻阻值及電容量均未見(jiàn)異常。解體后的一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)，則進(jìn)一步說(shuō)明該異常只能是該避雷器的上節(jié)與中節(jié)均壓電容安裝錯(cuò)位這一可能。

4 綜合分析

綜合各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，可基本確定導(dǎo)致該避雷器上節(jié)發(fā)熱異常的主要原因應(yīng)該為避雷器上中節(jié)均壓電容安裝順序錯(cuò)位，部分避雷器閥片的荷電率增加。荷電率體現(xiàn)閥片承受載荷電壓的能力，是考核避雷器閥片性能的重要指標(biāo)，根據(jù)閥片功率損耗的計(jì)算公式：

式中，P表示功率，單位為W；U表示避雷器所處的運(yùn)行電壓、C表示均壓電容電容值，單位F；f表示電壓頻率；tanσ表示均壓電容介損值，單位%；R表示閥片在該電壓下的電阻值。

荷電率變大就相當(dāng)于有功功率損耗的增加，在外部表現(xiàn)為上節(jié)整體發(fā)熱現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

制造廠在設(shè)計(jì)之初時(shí)都會(huì)有規(guī)定的荷電率，當(dāng)超過(guò)時(shí)，就會(huì)使得閥片的發(fā)熱速率高于散熱速率，最終導(dǎo)致閥片“熱崩潰”甚至閥片損壞等嚴(yán)重異常。但從該避雷器B相的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，雖然上節(jié)閥片的荷電率有所增加，導(dǎo)致發(fā)熱異常，但顯然沒(méi)有超過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)預(yù)留的裕度。

另外，從上述檢測(cè)結(jié)果看，紅外測(cè)溫及電容量測(cè)量這2種試驗(yàn)對(duì)該異常的發(fā)現(xiàn)比較有效。但反觀其他試驗(yàn)項(xiàng)目情況，一旦避雷器每節(jié)所安裝的閥片在數(shù)量、結(jié)構(gòu)均相同時(shí)，哪怕相應(yīng)安裝順序裝反，也是難以發(fā)現(xiàn)的。然而，對(duì)于有并聯(lián)均壓電容的避雷器，常規(guī)試驗(yàn)并未對(duì)電容量測(cè)試作相關(guān)要求，在內(nèi)部元件性能良好的情況下，其他停電試驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)法發(fā)現(xiàn)此類隱患。因此，在后續(xù)運(yùn)維檢修中：（1）通過(guò)紅外測(cè)溫、電容量測(cè)試等方法加強(qiáng)對(duì)其他類似結(jié)構(gòu)設(shè)備的檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)并聯(lián)均壓電容的相關(guān)缺陷。（2）對(duì)該類似結(jié)構(gòu)的避雷器在例行停電C級(jí)檢修時(shí)，額外增加電容量測(cè)試試驗(yàn)項(xiàng)目。