潘院鵬

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局，廣東 韶關(guān) 512000)

1 引言

常見的避雷器多為金屬氧化物避雷器，具有非線性、大通流容量等特點，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。而長期的運行中如果檢修維護不到位，會出現(xiàn)避雷器受潮劣化等問題，除了外部風(fēng)吹日曬的影響，避雷器設(shè)計有缺陷或者用材不理想也會加劇其內(nèi)部受潮，嚴(yán)重情況下會出現(xiàn)避雷器運行爆炸事故。因此有必要對避雷器常見缺陷及維護進行探討。

2 避雷器工作原理

作為電力系統(tǒng)電站過電壓防護系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，其與架空地線、避雷針及浪涌防護器等設(shè)備共同構(gòu)成電站過電壓防護系統(tǒng)。如果導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓時避雷器將先于被保護設(shè)備而導(dǎo)通，用于釋放過電壓能量，以降低電壓幅值，使得電力設(shè)備免受電壓損害。氧化鋅避雷器較為常見，具有響應(yīng)及時、無工頻續(xù)流、殘壓低等優(yōu)勢，被認(rèn)為是電氣設(shè)備絕緣配合的基礎(chǔ)。

ZnO是避雷器的核心構(gòu)成，閥片則具有壓敏電阻性質(zhì)，當(dāng)電阻值隨著外部施加的電壓升高時，對應(yīng)的非線性下降，氧化鋅避雷器伏安特性曲線如圖1所示。而在預(yù)擊穿區(qū)域，即I<1mA區(qū)域ZnO閥片電阻很大，對應(yīng)的經(jīng)流閥片的電流為微安級，產(chǎn)生的熱量少。而一般情況下避雷器運行電壓會始終低于起始動作電壓，也就是說預(yù)擊穿區(qū)對應(yīng)的是避雷器的正常工作狀態(tài)區(qū)，如果該區(qū)域長期處于超負(fù)荷狀態(tài)，閥片電阻值與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，閥片溫度升高阻值持續(xù)下降，避雷器工作點右移到電流更高區(qū)域。而1mA

圖1 氧化鋅避雷器伏安特性曲線

3 一起典型的避雷器發(fā)熱缺陷故障

3.1 故障事件

2021年3月31日，變電管理二所220kV翁江變電站紅外巡視，發(fā)現(xiàn)220kV翁江變電站110kV翁南線A相、B相線路避雷器存在發(fā)熱異常，發(fā)熱點與正常相溫差均超0.5K，根據(jù)?DLT 664－2016帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范?判斷A、B相避雷器為電壓致熱型緊急缺陷。設(shè)備為YH10W－108/268W型避雷器。

3.2 故障排查

以C相避雷器器作為完好避雷器設(shè)定參考相位，對A、B相進行運行電壓下的泄漏電流測試，A、B相全電流無明顯增長，阻性電流分別增長35%和49%。結(jié)果表明A、B相避雷器內(nèi)部氧化鋅閥片存在老化或劣化缺陷。解體后發(fā)現(xiàn)A、B相避雷器內(nèi)部干燥，沒有受潮痕跡。對單個氧化鋅閥片進行絕緣電阻試驗，結(jié)果顯示上半部閥片劣化嚴(yán)重，中下部部分閥片存在同樣劣化情況。

4 避雷器劣化原因分析

4.1 內(nèi)部組件受潮

在避雷器運行故障中，因為內(nèi)部組件受潮引發(fā)的避雷器故障占比高達60%多，一般來說，質(zhì)量達標(biāo)的避雷器在實際運行的過程中出現(xiàn)組件受潮主要原因是密封老化失效。正常情況下，密封件的生命周期是20年，如果避雷器長期運行，運行時間越長，內(nèi)部組件受潮的風(fēng)險就越大。當(dāng)密封件失效，內(nèi)部氣體逐漸泄露，外部的潮氣則在呼吸作用下進入到避雷器的內(nèi)部，基于避雷器內(nèi)外部較大的溫差，避雷器內(nèi)部元件表面會產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，多次凝露現(xiàn)象以后，避雷器組件受潮，或者出現(xiàn)內(nèi)部閃絡(luò)。避雷器內(nèi)部組件受潮后引發(fā)避雷器的電流泄露，并使得避雷器持續(xù)處于發(fā)熱狀態(tài)下，在不斷的熱效應(yīng)累積下，避雷器的核心構(gòu)成ZnO閥片的伏安特性變化明顯，閥片不斷老化，最終引發(fā)避雷器的熱崩潰，內(nèi)部閃絡(luò)則直接引發(fā)接地故障。如果避雷器頂部密封失效特別嚴(yán)重，遇到大雨天氣，雨水會直接從密封失效的部分進入到避雷器的內(nèi)部，在很短的時間內(nèi)就引發(fā)避雷器內(nèi)部組件的嚴(yán)重受潮問題。

4.2 閥片老化原因

閥片老化也是避雷器劣化的原因之一。一般情況下ZnO閥片劣化的原因無外乎是長期的超負(fù)荷運作，荷電率與泄露電流呈正相關(guān)關(guān)系，荷電率越高，泄露的電流越大，對應(yīng)的熱效應(yīng)累積越快，伴隨的閥片劣化速度也更快。避雷器內(nèi)部閥片多以串聯(lián)的方式連接，不同的閥片有著相同的分壓，而在實際的生產(chǎn)中，這種相同分壓的閥片多為理想狀態(tài)下，在生產(chǎn)中很難做到閥片質(zhì)量的相同分壓，無法確保閥片質(zhì)量的完全均一。在閥片壽命的后期，部分閥片因為荷電率長期在較高的水平狀態(tài)下而先劣化，這也意味著原有的避雷器閥片數(shù)量減少，在電網(wǎng)不變的情況下，除了劣化掉的閥片，剩余的閥片負(fù)擔(dān)增加，也使得它們劣化的風(fēng)險更大，也形成閥片惡化的惡性循環(huán)?，F(xiàn)有的閥片無法擔(dān)負(fù)電壓變會出現(xiàn)避雷器內(nèi)部擊穿接地的問題。閥片的老化也不排除是過電壓沖擊、受潮及諧波等作用的結(jié)果，在雷暴活動頻繁的區(qū)域，避雷器動作頻率高，閥片的老化速度更快，而線路避雷器中因為長期飽受工頻電壓的影響，其閥片老化速度也將明顯快于系統(tǒng)中性點避雷器。

4.3 外絕緣污穢導(dǎo)致

引發(fā)避雷器劣化的原因是多方面，除了前面提到的內(nèi)部組件受潮及閥片問題外，外絕緣存在污穢的情況下，避雷器劣化的幾率更大。引發(fā)避雷器外絕緣污穢的原因是未定期地進行避雷器的清理，或者避雷器外絕緣爬電比距與與所處的大氣環(huán)境污穢等級不符合。一旦出現(xiàn)外絕緣污穢很容易出現(xiàn)沿面閃絡(luò)，進而引發(fā)接地故障。避雷器的外絕緣污穢清理不到位也使得外套電位分布不均勻，外套與內(nèi)部閥片產(chǎn)生徑向電位差，如果電位差較大，會出現(xiàn)局部放電的情況，如果處理不及時或者處理不到位會引發(fā)避雷器的持續(xù)發(fā)熱，最終引發(fā)避雷器運行中的爆炸事故。因此避雷器外絕緣的污穢問題需要高度重視。

以此次避雷器發(fā)熱缺陷故障為例進行分析，該型避雷器采用內(nèi)部注膠填充密封工藝，并在絕緣筒與法蘭接觸面螺紋上涂抹密封膠，密封性能良好，內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)受潮痕跡，因此排除避雷器因內(nèi)部受潮導(dǎo)致發(fā)熱的原因。接著對氧化鋅閥片進行試驗，試驗結(jié)果顯示部分閥片性能劣化，因此閥片性能劣化是引起發(fā)熱的主要原因。事故中的避雷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電阻片劣化情況見圖2。而解體試驗結(jié)果也驗證了這一問題，缺陷避雷器部分閥片出現(xiàn)絕緣降低，但運行電壓下的泄露電流變化不明顯，該避雷器處于閥片劣化早期，現(xiàn)有巡視手段不足以更早期發(fā)現(xiàn)該缺陷。

圖2 事故中的避雷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電阻片劣化情況

5 避雷器發(fā)熱缺陷故障的處理建議

基于此次避雷器因為閥片老化引發(fā)的避雷器發(fā)熱缺陷故障，啟示我們必須要防患于未然，做好日常的巡視檢查，在巡視檢查的基礎(chǔ)上選擇科學(xué)的檢測方式做到風(fēng)險的及早識別與科學(xué)處理。具體來說，要做好避雷器的日常維護及管理工作，必須著手幾個方面。

5.1 重視日常的巡視

巡視是基礎(chǔ)性的維護管理工作，巡視的重點是對避雷器外套、泄露電流表、接地裝置，多采用目視的巡視方法。正常運行狀態(tài)下的避雷器的內(nèi)部泄露電流多為0.5～1mA，如果閥片受潮或者劣化時對應(yīng)的泄露電流值將持續(xù)增大，在巡視時可以結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進行電流異常情況的識別與判斷，了解避雷器內(nèi)部閥片的運行狀態(tài)，如果泄露電流增加值大于日常數(shù)據(jù)20%以上時就要用導(dǎo)線將泄露電流表進行短接，及時用鉗形電流表進行泄露電流值的測量，以此排除泄露電流表故障，用交流泄露電流試驗或者直流泄露電流試驗記性避雷器工作性能的測試。在巡視中也要關(guān)注避雷器外絕緣的污穢程度，定期清掃。

5.2 重視特殊時期的檢查

特殊時期的檢查必不可少。特殊時期一般對應(yīng)雷暴活動頻發(fā)的時間段，在雷雨季節(jié)前后進行避雷器的重點檢查，保證設(shè)備處于完好狀態(tài)，并排查發(fā)現(xiàn)避雷器有無受潮及遭受雷擊等問題。特殊時期檢查的重點是避雷器是否動作、內(nèi)部有無放電聲的情況分析，及時查看避雷器的外殼是否完好、接線是否正常等。如果發(fā)現(xiàn)雷雨季節(jié)后避雷器存在引線燒傷、斷裂及松脫等情況應(yīng)及時處理到位。在實際的處理中可以設(shè)計雙重接地，增加一組常閉刀閘接地回路，讓避雷器在正常運行時能通過泄露電流表回路及常閉刀閘回路進行雙重接地，讀取泄露電流值時打開常閉刀閘，使得避雷器處于可靠接地的情形下。

5.3 多措并舉地試驗

在避雷器劣化維護管理中應(yīng)重視日常的試驗。主要是接地電阻試驗、紅外測溫試驗、交流電流泄露試驗等。在接地電阻試驗方面，主要是分析避雷器與地的導(dǎo)通情況，如果接地電阻大，會導(dǎo)致避雷器在過電壓時殘壓升高，影響避雷器功能的發(fā)揮。而紅外測溫試驗較為常見。處于正常運行狀態(tài)的避雷器的泄露電流屬于微安級，一旦避雷器有受潮、閥片劣化的傾向，泄漏電流的阻性分量持續(xù)增大，避雷器有功損耗及溫度會持續(xù)升高，可以采用紅外測溫進行避雷器性能監(jiān)測，通過紅外測溫獲取避雷器運行狀態(tài)下的紅外成像，進行上下元件、不同相及同類設(shè)備的熱成像圖譜，分析判斷是否存在異常情況。需要注意的是，如果避雷器為電壓致熱型設(shè)備，對應(yīng)的熱缺陷溫升判據(jù)范圍小，而紅外測溫數(shù)據(jù)也很容易受到外界溫度、濕度、風(fēng)速等因素的影響，為保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確，應(yīng)選擇陰天、夜間等時間段進行試驗。而交流泄漏電流試驗主要是對紅外測溫試驗的補充，主要選擇雷雨季節(jié)前后，以交流泄漏電流試驗來分析避雷器的運行狀態(tài)，通過測量避雷器運行電壓下的全電流、阻性電流變化情況，評判避雷器故障。實踐表明，阻性電流較全電流能更靈敏地反映避雷器故障，如果閥片受潮或故障時，避雷器電壓與電流相位差降到80度以下，相角差也被認(rèn)為是避雷器故障判斷的依據(jù)。

6 結(jié)語

通過此次避雷器發(fā)熱缺陷故障，我們也明確了避雷器維護管理的方向。在避雷器維護管理中要繼續(xù)提高避雷器的定期巡視工作質(zhì)量，按時抄錄避雷器在線監(jiān)測儀數(shù)據(jù)和動作次數(shù)，嚴(yán)格按照運維策略開展紅外測溫。要持續(xù)做好不停電測試工作，按要求開展運行電壓下的泄漏電流測試，認(rèn)真做好數(shù)據(jù)趨勢分析，發(fā)現(xiàn)異常時復(fù)測和停電檢查。在避雷器劣化應(yīng)對中最重要的是防患于未然，要求對運行超10年同廠家、同型號避雷器做好紅外全面排查工作，并專項開展測試數(shù)據(jù)分析，形成專題分析報告，避免缺陷漏發(fā)現(xiàn)。