金属氧化物避雷器直流高压试验探讨

龙凡，王文，孙振华

(湖南省电力公司衡阳电业局，湖南衡阳421001)

氧化锌避雷器 (MOA)是一种从20世纪80年代中期开始在电力系统推广的避雷器，以其优异的非线性和良好的材质稳定性而在电力系统内得到了广泛的应用。氧化锌避雷器在变电站内的正常运行对维护电网安全稳定有着重要意义。在国家电网颁布的《输变电设备状态检修试验规程》中，氧化锌避雷器的例行试验项目主要包括红外成像检测、运行中持续电流检测、直流1 mA电压(U1mA)及在0.75U1mA下漏电流测量、底座绝缘电阻测量、放电计数器功能检查等5个项目。其中直流试验中注意值的规定为:U1mA初值差不超过±5%且不低于GB 11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》规定值;0.75U1mA漏电流初值差≤30%或≤50 μA。

在现场实际测试中，该注意值的使用应当慎重，当测试值未超过注意值，但有明显变化趋势时也应引起注意，应在尽量排除外界干扰后结合三相测试数据进行纵横比较，方可对设备状态进行判断。

1 直流高压试验原理

直流参考电压试验是对避雷器施加一个直流电压，当通过试品的电流等于1 mA时，测出直流电压值。0.75U1mA漏电流试验是对避雷器施加0.75倍直流参考电压，测量通过避雷器的漏电流。通过这2项直流高压试验，可检测避雷器的非线性伏安特性是否满足要求。避雷器上通过泄漏电流随直流高压的升高而呈非线性增长，泄漏电流I总主要由通过阀片内部的泄漏电流I阀体、通过阀片表面的泄漏电流I阀表和通过瓷套表面的泄漏电流I瓷组成:

随着直流高压的升高，I阀体一开始缓慢增加，当电压升高到一定程度，阀片内部性质发生改变后，泄漏电流急剧增大;I阀表和I瓷随电压的升高而线性增长，增长的幅度决定于避雷器受潮程度以及表面污秽情况，泄漏电流与直流电压的关系曲线如图1。

图1 泄漏电流与直流电压关系图

2 数据异常原因分析

直流高压试验在实际操作中，数据异常的原因主要有以下几种:

(1)避雷器接线板或者所带导线电晕放电。

(2)避雷器表面污秽严重。

(3)避雷器内部受潮。

(4)避雷器阀片老化。

(5)避雷器阀片击穿。

播种期的小麦病害主要以条锈病、白粉病、雪霉叶枯病和黄矮病为主，同时要防治地下害虫。该时期的小麦刚萌发，物理防治会对苗有一定的损伤，一般以化学防治为主。在前期拌种时，可采用药剂拌种控制苗期地下害虫和蚜虫危害，预防小麦黄矮病的发生。

(6)避雷器阀片开裂。

其中电晕放电以及表面污秽属于外部干扰，在实际试验中应通过各种手段予以排除，使其不影响试验结果。

避雷器内部受潮时，U1mA下降，0.75U1mA漏电流增大，且0.75U1mA漏电流增大较为明显，一般大于50μA，通过直流试验可以较容易发现。

避雷器阀片老化、击穿时，单片阀片U1mA下降幅度以及0.75U1mA漏电流增大幅度都较为明显，但因避雷器内部一般由多片阀片串联而成，只有当故障阀片数量达到一定时，试验结果才会超过状态检修规程中U1mA及0.75U1mA漏电流的警戒值。

避雷器阀片开裂，其U1mA变化较为微弱，而I阀表因为阀片表面面积的增加而有所增大，但在完好阀片与开裂阀片串联的情况下，其增长幅度较为微弱，避雷器整体U1mA以及0.75U1mA漏电流往往会处于警戒范围内而极易被忽视。

3 故障案例

2011年4月26日，衡阳电业局在夏塘变电站对110 kV龙夏B502间隔进行例行试验，在对110 kV线路避雷器进行直流试验时，发现数据异常，例行试验及交接试验数据如表1。

表1 110 kV龙夏B502线路避雷器试验数据

为了避免表面泄漏电流的影响，试验人员对三相避雷器进行了瓷瓶擦拭并装设屏蔽线，所得测试数据无变化。

尽管C相避雷器U1mA以及0.75U1mA漏电流均符合《输变电设备状态检修试验规程》中避雷器例行试验的要求，但结合其它两相试验数据可发现，A，B两相前后2次试验数据基本保持不变，在加压过程中在线监测表指针正常偏转，1mA电流指示正确，只有C相试验数据发生了较为明显的改变，在线监测表计随着电压的上升抖动非常明显，1mA电流指示偏差较大。且试验人员确认现场所有干扰均已排除，排除了外界因素导致误差的可能，结合以上各项数据作出了该避雷器内部故障的判断，并将其进行了更换。

4 解体检查

该避雷器型号为Y10W-100/260，2008年3月出厂。其内部结构为33片氧化锌阀片串联叠放而成，顶部有弹簧向下施力，保持阀片接触紧密，阀片外有绝缘套筒，最外层则为支持瓷裙。

为了查明避雷器U1mA及0.75U1mA漏电流异常的原因，技术人员对避雷器进行了解体，发现氧化锌阀片有大量开裂的现象 (如图2)。

图2 避雷器阀片整体图

将阀片按照在避雷器中叠放的次序，从上到下编号为#1—#33阀片，其中开裂的有#7—#17，#19—#22(图2)，其中#11，#12，#15阀片有击穿现象 (图3)。图4方框区域内有击穿痕迹。

图3 阀片陈列图

图4 击穿阀片展示图

在绝缘套筒的内壁上有阀片炸裂时产生的绿色粉末，基本呈现出3条带状分布，且与击穿阀片的位置相对应。

避雷器内部装有干燥剂，呈干燥状态，显示避雷器内部密封良好，无受潮现象。

结合以上解体检查结果，可判断阀片质量问题是避雷器损坏的主要原因，少量问题阀片在遭受冲击时被击穿炸裂，产生的冲击力造成邻近阀片开裂，最终导致避雷器U1mA及0.75U1mA漏电流数据异常。

5 验证试验

该避雷器在内部阀片近半数发生开裂，且有3片阀片明显击穿现象的情况下，其U1mA及0.75U1mA漏电流试验数据仍然在合格范围内，这引起试验人员的高度重视。为了验证阀片开裂、击穿对避雷器直流试验试验数据的影响程度，试验人员从该避雷器的33片阀片选取了15片完好无损的阀片，编为A组，又将15片开裂的阀片 (包括3片被击穿阀片)编为B组，对A，B 2组阀片进行了U1mA及0.75U1mA漏电流试验，试验数据如表3。

表3 A，B组阀片直流试验结果

试验人员又将击穿的3片阀片编为C组，然后选取了特性参数相近的开裂的阀片和正常的阀片各3片分别编为D，E组，对这3组阀片也进行了直流试验，试验数据如表4。

比较D，E 2组数据，可发现阀片开裂对U1mA影响较为微弱，3片阀片全裂，其 U1mA只减少0.27 kV，初值差为-1.94%; 对 0.75U1mA漏电流的影响较为明显，漏电流从20μA左右增长到57.7μA，其增长原因主要为其断裂面无瓷釉覆盖，导致其表面泄漏增大，从而使得0.75U1mA增大。

表4 C，D，E组阀片 (各3片)直流试验结果

比较C，D，E 3组数据，可发现阀片被击穿，对U1mA影响较为明显，由13.94 kV下降为11.3 kV，初值差为18.94%，漏电流的增长也更为明显，增长到 69.5μA。

但避雷器内部一般由30多片氧化锌阀片串联而成，正常阀片的存在会大大降低0.75U1mA漏电流，使得该避雷器内部即使有近半数的阀片被击穿，仍满足《输变电设备状态检修试验规程》的要求 (虽然初值差为64.1%，但其漏电流大小依然低于50μA)。同样，当避雷器内部只有少数几片阀片被击穿时，其对U1mA的影响也较为微弱，在本次实例中，33片阀片中有3片被击穿，其U1mA的初值差也仅为1.8%，低于规程中±5%的要求。

6 分析结论

(1)氧化锌阀片的击穿会使得U1mA降低，但对于110 kV及以上电压等级的氧化锌避雷器，其内部一般由数十片阀片串联而成，少数阀片对U1mA的影响并不明显，所以当试验中发现U1mA有下降的趋势，但仍处于规程合格范围内时，其内部也可能有少数阀片已被击穿，此时应当结合其它试验数据对设备进行进一步判断。

(2)由于开裂的氧化锌阀片的开裂面没有瓷釉，且其表面面积增加，使得其表面电阻变小，最终导致0.75U1mA漏电流增大。但是阀片本身的电气性能没有发生改变，所以在运行电压下，阀片仍然呈现高阻的状态，而当正常阀片与开裂阀片串联后，开裂阀片表面电阻的减小对于整个阀片组的影响被大大削弱，即使有大量的阀片开裂，其0.75U1mA漏电流仍然可能低于规程要求的50μA。

(3)《输变电设备状态检修试验规程》中关于U1mA及0.75U1mA漏电流的规定较为宽松。在实际测试中可能出现试验数据满足规程要求，但避雷器已处于急剧恶化的状态的情况，因此在现场实际应用中应多做分析，避免对设备状态的误判。

电力出版社，1996.

〔1〕DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程〔S〕.北京:中国

〔2〕Q/GDW 168-2008输变电设备状态检修试验规程〔S〕.北京:中国电力出版社，2008.

〔3〕GB 11032-2000交流无间隙金属氧化物避雷器〔S〕.北京:中国标准出版社，2000.