氧化锌避雷器设备状况诊断技术的应用

(大唐华银电力股份有限公司耒阳分公司 湖南 耒阳 421800)

一、引言

氧化锌避雷器是限制过电压、进行发、变电站和直流换流站绝缘配合的电力设备。避雷器主要用于并联在被保护电气设备上，防止设备在遭受过电压时引起的绝缘击穿损坏事故。如果避雷器存在缺陷或者故障，不仅没有起到保护作用，还会影响到其它设备的正常运行，甚至酿成整个系统更大的事故。对于避雷器安全运行和故障诊断的重要性毋需置疑。而在避雷器发生缺陷的统计中，受潮缺陷是诱使避雷器发生异常和事故的一个主要原因。

二、氧化锌避雷器常用的诊断方法和手段

(一)预防性试验

预防性试验是目前唯一有法可依的金属氧化物避雷器故障诊断方法。在现场按预试规程规定项目进行全部或部分项目试验，将试验结果与以前或出厂试验结果进行对比，实现对金属氧化物避雷器的故障诊断。

(二)监测或检测

监测是指对氧化锌避雷器进行的连续实时的监督测量，而检测是指对氧化锌避雷器进行间断的定期检查测量。二者都是设备在线或带电期间完成的，技术原理也基本相同。在线监测的基本原则是“无病不修，有病才修，修必修好”。相对于检测而言，它比较容易实现，也是目前大多数现场所采用的测量方法。

(三)红外热成像

红外诊断是以“基础热像”为根据，结合氧化锌避雷器的结构特点及传导热能的途径，分析氧化锌避雷器异常状态下的热场及温升情况，并参考其他测量结果，来诊断有无故障的方法。目前红外诊断主要参考的依据是DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》。

三、氧化锌避雷器故障的常见原因及分析

1.污秽对避雷器外绝缘的影响是显著的。避雷器在污秽情况下产生的闪络放电和老化过程，可以看成积污、受潮、局部放电及局部电弧发展引起污闪等4个过程。这些过程重复、交替出现，使避雷器老化快速发生。

2.氧化锌电阻片老化是影响避雷器寿命的重要因素。非线性氧化锌电阻片的泄流能力较强，通流容量较大，易吸收能量使电阻片的升温也较快，进而加速了电阻片的老化。虽然利用氧化锌的非线性特性对防过电压起到了很好的保护作用，但从另一方面说，其实是以牺牲自身寿命为代价的。在氧化锌避雷器运行到其产品寿命的后期，电阻片劣化造成泄漏电流上升，甚至会造成避雷器内部的放电。严重时随着泄漏电流的增大，温度上升较快，导致避雷器内部气体压力和温度急剧增高，引起其发生爆炸。

3.氧化锌避雷器的密封性是影响避雷器质量的好坏一个关键点。由于生产制造时密封不好，或者使用的密封材料抗老化性能不稳定，使得运行时避雷器密封性能差，在温差变化较大或在产品寿命后期，引起其因密封不良而使潮气侵入，在电流流过避雷器时产生的热量会使其内部的空气或水汽瞬间膨胀，形成巨大的压力，导致其防过电压性能下降，严重时甚至会引起爆炸。

四、避雷器的热像特征与诊断

(一)正常状况下氧化锌避雷器的热像特征

氧化锌避雷器正常运行时，一般泄漏电流为0.5～1.0mA的工频电流，呈容性，阻性电流仅占10%～20%。所以在正常运行时氧化锌避雷器会消耗一定的功率，其本身会呈现出均匀的整体轻微发热。中、小型瓷套封装的氧化锌避雷器，最热点一般在中部偏上位置，且温度值基本较为均匀；而较大型瓷套封装的氧化锌避雷器，一般温度值最高点通常靠近其上部，且上、下部存在一定的温差，呈不均匀分布。

(二)故障状态下避雷器的热像特征与诊断

当氧化锌避雷器发生受潮的情况下，会大大增加本身的电导性能，阻性电流明显增大。如果是内部受潮，会更容易造成瓷套内壁或阀片侧面的部分发生沿面爬电，引起局部的轻度发热，严重时会发生闪络击穿事故。对于多元件结构的氧化锌避雷器，轻度受潮会导致元件本身阻性电流增加并发热；当受潮严重时，阻性电流可能接近或超过容性电流，元件的温升增大，同时非受潮元件的功率损耗和发热也开始明显增加，甚至超过受潮元件的相应值。对于多元件结构的氧化锌避雷器，受潮初期表现为故障元件自身发热，进一步发展后，可引起非故障元件发热，温升值超过初期受潮元件，同时还会伴有局部温升高于整体温升的现象。

五、一起氧化锌避雷器红外成像异常的分析与判断

在某电厂220kV升压站红外线成像检查中，发现一组220kV氧化锌避雷器C相温度分布异常的情况，从红外成像图中可以看出A、B相氧化锌避雷器上、下节的温度场分布较为均匀，而C相下节的温度分布存在不均匀的现象。

对C相氧化锌避雷器温度统计分析，其中C相下节温度分布显示有34.8%处于23.9-25.9℃，有64.9%处于25.9-28.1℃；同相上节温度都基本保持在23.9-25.9℃。

同时通过在红外成像图中选取各相相同位置点，可以得出C相下节的温差较大，温差最大值测得为1.3K。而同组A、B相显示温度分布较为均匀，每相本体温较均小于1K，并且其每相的温度分布规律是呈上、下两端偏低、中部偏高的现象。

检查此避雷器在线监测装置的数据和对其进行在线泄漏电流测试，C相阻性电流测得为0.699mA，超过了A、B相测量值的3倍。这个结果也基本符合其红外成像的温度分布表征，由此怀疑这组氧化锌避雷器C相内部存在有缺陷。

为了更准确的判断此组氧化锌避雷器的绝缘状况，申请该设备停电进行常规的U1mA和75%U1mA状况下的泄漏电流测试以及历史数据比较。根据试验数据进行分析，C相下节的U1mA小于厂家要求标准的145kV，较2014年数据有较大幅度下降，且与同相上节也有较大差异。由此可以判断该避雷器C相下节的绝缘性能已经发生劣化，应尽早安排进行更换。

在更换氧化锌避雷器时，发现导致此次缺陷发生的直接原因是由于C相下节压力释放装置存在严重的腐蚀，密封受到破坏，导致潮气进入，而损坏了绝缘。

六、结束语

在氧化锌避雷器故障诊断中，红外成像手段是一项行之有效的技术手段和重要方法，具有不停电、不接触、直观等优点，其结合氧化锌避雷器的其他诊断、检测技术可以更加精确判断避雷器的状态。实际生产设备监测中，各种技术手段宜综合运用，结合长期测试经验，并通过纵向和横向的比较分析做出正确的判断，为设备的状态检修提供决策依据，避免设备异常扩大造成事故。

【参考文献】

[1]俞震华.氧化锌避雷器故障分析及性能判断方法[J].电力建设，2010(31).

[2]李庆玲，程济兵，张明智.避雷器的常见故障及红外诊断[J].电瓷避雷器.2010(02).