110kV氧化锌避雷器异常诊断实例分析

梁 峰，孙翀也，郎米兰，李 硕，尚永刚

(1.黑龙江省大庆电业局，黑龙江 大庆163458;2.哈尔滨电业局，哈尔滨150046;3.黑龙江省大庆外国语学校，黑龙江 大庆163458)

氧化锌避雷器是一种重要的过电压保护电器设备，其阀片性能稳定、保护性能优越，能够限制约束操作过电压和雷电过电压［1］。然而在运行中，由于氧化锌避雷器受潮后绝缘性能降低，不但不能对其他电气设备起到过电压保护作用，而且自身也会发生重大安全事故。因此在投运前和运行中应该严格按照规程做好交接和预试验，并监视其各种参数的变化情况。

1 氧化锌避雷器工作特性和受潮原因

氧化锌避雷器的结构主要由绝缘构架、阀片电阻片和瓷套等部分组成，其中阀片电阻片是其最重要的结构，主要由氧化锌金属氧化物组成。氧化锌避雷器晶界层的相对介电常数可达500～2 000，这样电阻片就会有比较大的电容量，在运行中电阻片的电流主要是电容电流。氧化锌阀片电阻有非常好的电压－电流非线性关系，当流过的电流小时电阻大，当电流大时电阻小，说明在运行电压下，氧化锌阀片电阻相当于一个很高的电阻，流过的电流比较小。当雷电流通过时，阀片相当于很小的电阻，能维持适当的残压，从而保护设备安全。在长期的运行电压作用下，阀片电阻会变得老化，也有可能出厂时安装不良造成受潮，绝缘电阻降低。所以氧化锌避雷器的伏安特性会因为这两种情况受到影响，阻性泄漏电流［2］就会增加，氧化锌避雷器也会发生爆炸，造成电力事故。

氧化锌避雷器受潮的主要原因是出厂时安装密封不良，其形式包括:

1)氧化锌避雷器瓷套质量低劣，在运输或制造中颠簸受损破裂出现隐形裂纹。

2)氧化锌避雷器底端两端盖板制造加工粗糙并且有毛刺。

3)氧化锌避雷器出厂时组装密封胶圈位移或漏装。

4)氧化锌避雷器的密封胶圈永久性压缩变形指标达不到设计要求。

氧化锌避雷器受潮后，电流监视器的全电流会增大，绝缘电阻降低，带电测试数据中有功损耗和阻性电流明显增加。

2 氧化锌避雷器试验检测方法

2.1 氧化锌避雷器停电检测［3］

氧化锌避雷器停电检测试验方法就是测量绝缘电阻，根据《输变电设备状态检修试验规程》氧化锌避雷器底座绝缘电阻应大于等于100 MΩ。

氧化锌避雷器停电检测试验的测量结果比较准确可靠，缺点是需要进行停电拆线，费时、费力，极为不便。随着电网容量的迅猛扩大，在变电站不断扩建下，需要停电检修的电力设备也不断增加，这样会增加更多的工作量，有时某条线路的负荷比较重要而无法进行周期性预防试验。

目前，氧化锌避雷器停电预防性试验主要是直流高压试验，即测量氧化锌避雷器直流电流1 mA下临界动作参考电压U1mA和0.75U1mA电压［3］下的泄漏电流。直流高压试验可以检查阀片电阻片是否受潮，并且确定动作特性是否正常，检查非线性特性及绝缘性能。按照《输变电设备状态检修试验规程》规定，氧化锌避雷器直流电流1 mA下临界动作参考电压U1mA实测值与初始值或制造厂规定值比较，变化不得大于±5%，而0.75U1mA下的泄漏电流不应大于50 μA。

2.2 氧化锌避雷器带电运行检测［3］

在不停电的情况下，对氧化锌避雷器进行带电测试可充分了解氧化锌避雷器的运行特性，及时发现异常现象和事故隐患，通过施行有效预防措施防止事故发生或扩大，保证其在良好的状态下运行。

对氧化锌避雷器进行带电测试，可以测量出基波阻性电流、高次谐波电流、容性电流以及全电流等。目前，国内外对氧化锌避雷器进行带电测试检测方法是通过从对应的电压互感器上获取电压信号以及氧化锌避雷器的全电流信号共同获得阻性电流大小，作为氧化锌避雷器带点测试的检测依据。氧化锌避雷器在运行中泄露电流主要有阻性电流和容性电流分量，而阻性电流分量一般只占全电流的10%～20%，当氧化锌避雷器老化劣变受潮后，阻性电流分量增加，全电流也会增加。

按照规程规定，110 kV及以上金属氧化物避雷器在新投运后0.5～1.0 a，若怀疑有缺陷或者雷雨季节前时，应该进行1次带电测试，主要测量运行电压下阻性电流、功率损耗以及全电流。运行中定期监测氧化锌避雷器电流监视器电流值并比较全电流的变化趋势，在检测过程中，当阻性电流增加50%时，应该分析其原因并加强监测，当阻性电流增加两倍时，应停电检查。

2.3 氧化锌避雷器在线监测［4－7］

目前，我国氧化锌避雷器在线监测大体可以分为两类:分散式在线监测系统和集中式微机在线监测系统［8－10］。以前集中式处理方式主要应用于绝缘在线检测，在后台工控机通过屏蔽电缆将被测信号引进来，然后由工控机进行集中循环检测和数据处理。由于一次获取的信号太小，而模拟量传输过程中会引入比较大的干扰并对传感器耦合后被测参数产生影响，其测量结果的可靠性和准确度不能保证。因此集中式处理方式具有可扩展性不强和灵活性不足的缺点，当需要增加新的检测量时不容易满足。

随着计算机网络技术和通信技术的快速发展，可采用总线式结构的绝缘在线监测系统，这样能使现场检测单元具有提取数字化信号和集中分析处理的功能。现在国外的状态检修已经进入了具有监测、判断和告知专家系统的高级阶段，这也是氧化锌避雷器在线监测技术的发展趋势。

3 氧化锌避雷器异常诊断实例分析

某供电公司变电站某条线路的氧化锌避雷器型号HY10WZ1－102/266，为大连北方电气厂生产。某日该线路的A相避雷器全电流监测表指示异常，全电流和阻性电流明显增加。其历年带电测试全电流和阻性电流的测试数据如表1所示。

从表1中可以看出，2012年7月氧化锌避雷器带电检测出全电流和阻性电流的大小相对之前测试值明显增大，其中，全电流值相对2009年9月的值增大了1.61倍，阻性电流增大了5.2倍，阻性电流分量占全电流竟达50%以上。依据规程可以考虑退出运行、停电试验，并进一步分析故障原因。该线路停电后，根据氧化锌避雷器停电检测试验方法，测试出氧化锌避雷器本体绝缘电阻以及直流电流l mA下临界动作参考电压U1mA和0.75U1mA电压下的泄漏电流值如表2所示。

表1 变电站某线路氧化锌避雷器历年全电流和阻性电流测量数据

表2 变电站某线路A相氧化锌避雷器直流1 mA电压及75%U1 mA电压下泄漏电流

从表2可以看到，历年经过停电试验后测试的氧化锌避雷器上节l mA下临界动作参考电压U1mA和0.75U1mA电压下的泄漏电流值符合规程规定值，而2012年7月下节氧化锌避雷器本体绝缘电阻为2 000 mΩ，1 mA下临界动作参考电压U1mA实测值为126.3 kV，与初始值比较变化大于 ±5%，0.75U1mA下的泄漏电流为127 μA，远大于规程规定的50 μA，说明该线路的A相避雷器下节严重受潮。

经过厂家解体检查，发现该避雷器两节连接处有些积水，分析其原因是该避雷器在密封胶圈组装时，发生了窜位使得避雷器内部进水，所以受潮时间长后下节避雷器严重锈蚀。

一般情况下氧化锌避雷器受潮的情况可能是在氧化锌避雷器两节连接处积水受潮，另外最易进水受潮的是避雷器下端与计数器连接的接线柱部分。从制造工艺上来看，也有可能是氧化锌避雷器阀片本身就存在缺陷或在固定阀片这道工序时出现受潮情况。

4 结论

在平时运行中，对同型号、同厂家氧化锌避雷器进行带电测试的监测，应重点考核全电流、阻性电流、谐波的增长情况和全电流、阻性电流的百分比，加强对全电流的在线监测和横向秘纵向的比较分析。加强运行监测，及时检查避雷器的缺陷，是保证氧化锌避雷器安全运行的重要措施之一。实践证明，抄录氧化锌避雷器电流监视器电流值、测量阻性电流和监视参数的变化，能准确反应氧化锌避雷器的运行状况。带电测试阻性电流可以早期预知氧化锌避雷器的性能劣化，测量直流1 mA电压对氧化锌避雷器性能的诊断分析有决定性作用

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