一起避雷器发热缺陷处理及分析

潘院鹏

(广东电网有限责任公司韶关供电局，广东 韶关 512000)

1 引言

常见的避雷器多为金属氧化物避雷器，具有非线性、大通流容量等特点，在电力系统中发挥重要作用。而长期的运行中如果检修维护不到位，会出现避雷器受潮劣化等问题，除了外部风吹日晒的影响，避雷器设计有缺陷或者用材不理想也会加剧其内部受潮，严重情况下会出现避雷器运行爆炸事故。因此有必要对避雷器常见缺陷及维护进行探讨。

2 避雷器工作原理

作为电力系统电站过电压防护系统中的重要构成，其与架空地线、避雷针及浪涌防护器等设备共同构成电站过电压防护系统。如果导线上产生过电压时避雷器将先于被保护设备而导通，用于释放过电压能量，以降低电压幅值，使得电力设备免受电压损害。氧化锌避雷器较为常见，具有响应及时、无工频续流、残压低等优势，被认为是电气设备绝缘配合的基础。

ZnO是避雷器的核心构成，阀片则具有压敏电阻性质，当电阻值随着外部施加的电压升高时，对应的非线性下降，氧化锌避雷器伏安特性曲线如图1所示。而在预击穿区域，即I<1mA区域ZnO阀片电阻很大，对应的经流阀片的电流为微安级，产生的热量少。而一般情况下避雷器运行电压会始终低于起始动作电压，也就是说预击穿区对应的是避雷器的正常工作状态区，如果该区域长期处于超负荷状态，阀片电阻值与温度呈现负相关关系，阀片温度升高阻值持续下降，避雷器工作点右移到电流更高区域。而1mA

图1 氧化锌避雷器伏安特性曲线

3 一起典型的避雷器发热缺陷故障

3.1 故障事件

2021年3月31日，变电管理二所220kV翁江变电站红外巡视，发现220kV翁江变电站110kV翁南线A相、B相线路避雷器存在发热异常，发热点与正常相温差均超0.5K，根据«DLT 664－2016带电设备红外诊断应用规范»判断A、B相避雷器为电压致热型紧急缺陷。设备为YH10W－108/268W型避雷器。

3.2 故障排查

以C相避雷器器作为完好避雷器设定参考相位，对A、B相进行运行电压下的泄漏电流测试，A、B相全电流无明显增长，阻性电流分别增长35%和49%。结果表明A、B相避雷器内部氧化锌阀片存在老化或劣化缺陷。解体后发现A、B相避雷器内部干燥，没有受潮痕迹。对单个氧化锌阀片进行绝缘电阻试验，结果显示上半部阀片劣化严重，中下部部分阀片存在同样劣化情况。

4 避雷器劣化原因分析

4.1 内部组件受潮

在避雷器运行故障中，因为内部组件受潮引发的避雷器故障占比高达60%多，一般来说，质量达标的避雷器在实际运行的过程中出现组件受潮主要原因是密封老化失效。正常情况下，密封件的生命周期是20年，如果避雷器长期运行，运行时间越长，内部组件受潮的风险就越大。当密封件失效，内部气体逐渐泄露，外部的潮气则在呼吸作用下进入到避雷器的内部，基于避雷器内外部较大的温差，避雷器内部元件表面会产生凝露现象，多次凝露现象以后，避雷器组件受潮，或者出现内部闪络。避雷器内部组件受潮后引发避雷器的电流泄露，并使得避雷器持续处于发热状态下，在不断的热效应累积下，避雷器的核心构成ZnO阀片的伏安特性变化明显，阀片不断老化，最终引发避雷器的热崩溃，内部闪络则直接引发接地故障。如果避雷器顶部密封失效特别严重，遇到大雨天气，雨水会直接从密封失效的部分进入到避雷器的内部，在很短的时间内就引发避雷器内部组件的严重受潮问题。

4.2 阀片老化原因

阀片老化也是避雷器劣化的原因之一。一般情况下ZnO阀片劣化的原因无外乎是长期的超负荷运作，荷电率与泄露电流呈正相关关系，荷电率越高，泄露的电流越大，对应的热效应累积越快，伴随的阀片劣化速度也更快。避雷器内部阀片多以串联的方式连接，不同的阀片有着相同的分压，而在实际的生产中，这种相同分压的阀片多为理想状态下，在生产中很难做到阀片质量的相同分压，无法确保阀片质量的完全均一。在阀片寿命的后期，部分阀片因为荷电率长期在较高的水平状态下而先劣化，这也意味着原有的避雷器阀片数量减少，在电网不变的情况下，除了劣化掉的阀片，剩余的阀片负担增加，也使得它们劣化的风险更大，也形成阀片恶化的恶性循环。现有的阀片无法担负电压变会出现避雷器内部击穿接地的问题。阀片的老化也不排除是过电压冲击、受潮及谐波等作用的结果，在雷暴活动频繁的区域，避雷器动作频率高，阀片的老化速度更快，而线路避雷器中因为长期饱受工频电压的影响，其阀片老化速度也将明显快于系统中性点避雷器。

4.3 外绝缘污秽导致

引发避雷器劣化的原因是多方面，除了前面提到的内部组件受潮及阀片问题外，外绝缘存在污秽的情况下，避雷器劣化的几率更大。引发避雷器外绝缘污秽的原因是未定期地进行避雷器的清理，或者避雷器外绝缘爬电比距与与所处的大气环境污秽等级不符合。一旦出现外绝缘污秽很容易出现沿面闪络，进而引发接地故障。避雷器的外绝缘污秽清理不到位也使得外套电位分布不均匀，外套与内部阀片产生径向电位差，如果电位差较大，会出现局部放电的情况，如果处理不及时或者处理不到位会引发避雷器的持续发热，最终引发避雷器运行中的爆炸事故。因此避雷器外绝缘的污秽问题需要高度重视。

以此次避雷器发热缺陷故障为例进行分析，该型避雷器采用内部注胶填充密封工艺，并在绝缘筒与法兰接触面螺纹上涂抹密封胶，密封性能良好，内部未发现受潮痕迹，因此排除避雷器因内部受潮导致发热的原因。接着对氧化锌阀片进行试验，试验结果显示部分阀片性能劣化，因此阀片性能劣化是引起发热的主要原因。事故中的避雷器内部结构及电阻片劣化情况见图2。而解体试验结果也验证了这一问题，缺陷避雷器部分阀片出现绝缘降低，但运行电压下的泄露电流变化不明显，该避雷器处于阀片劣化早期，现有巡视手段不足以更早期发现该缺陷。

图2 事故中的避雷器内部结构及电阻片劣化情况

5 避雷器发热缺陷故障的处理建议

基于此次避雷器因为阀片老化引发的避雷器发热缺陷故障，启示我们必须要防患于未然，做好日常的巡视检查，在巡视检查的基础上选择科学的检测方式做到风险的及早识别与科学处理。具体来说，要做好避雷器的日常维护及管理工作，必须着手几个方面。

5.1 重视日常的巡视

巡视是基础性的维护管理工作，巡视的重点是对避雷器外套、泄露电流表、接地装置，多采用目视的巡视方法。正常运行状态下的避雷器的内部泄露电流多为0.5～1mA，如果阀片受潮或者劣化时对应的泄露电流值将持续增大，在巡视时可以结合历史数据进行电流异常情况的识别与判断，了解避雷器内部阀片的运行状态，如果泄露电流增加值大于日常数据20%以上时就要用导线将泄露电流表进行短接，及时用钳形电流表进行泄露电流值的测量，以此排除泄露电流表故障，用交流泄露电流试验或者直流泄露电流试验记性避雷器工作性能的测试。在巡视中也要关注避雷器外绝缘的污秽程度，定期清扫。

5.2 重视特殊时期的检查

特殊时期的检查必不可少。特殊时期一般对应雷暴活动频发的时间段，在雷雨季节前后进行避雷器的重点检查，保证设备处于完好状态，并排查发现避雷器有无受潮及遭受雷击等问题。特殊时期检查的重点是避雷器是否动作、内部有无放电声的情况分析，及时查看避雷器的外壳是否完好、接线是否正常等。如果发现雷雨季节后避雷器存在引线烧伤、断裂及松脱等情况应及时处理到位。在实际的处理中可以设计双重接地，增加一组常闭刀闸接地回路，让避雷器在正常运行时能通过泄露电流表回路及常闭刀闸回路进行双重接地，读取泄露电流值时打开常闭刀闸，使得避雷器处于可靠接地的情形下。

5.3 多措并举地试验

在避雷器劣化维护管理中应重视日常的试验。主要是接地电阻试验、红外测温试验、交流电流泄露试验等。在接地电阻试验方面，主要是分析避雷器与地的导通情况，如果接地电阻大，会导致避雷器在过电压时残压升高，影响避雷器功能的发挥。而红外测温试验较为常见。处于正常运行状态的避雷器的泄露电流属于微安级，一旦避雷器有受潮、阀片劣化的倾向，泄漏电流的阻性分量持续增大，避雷器有功损耗及温度会持续升高，可以采用红外测温进行避雷器性能监测，通过红外测温获取避雷器运行状态下的红外成像，进行上下元件、不同相及同类设备的热成像图谱，分析判断是否存在异常情况。需要注意的是，如果避雷器为电压致热型设备，对应的热缺陷温升判据范围小，而红外测温数据也很容易受到外界温度、湿度、风速等因素的影响，为保证试验结果的准确，应选择阴天、夜间等时间段进行试验。而交流泄漏电流试验主要是对红外测温试验的补充，主要选择雷雨季节前后，以交流泄漏电流试验来分析避雷器的运行状态，通过测量避雷器运行电压下的全电流、阻性电流变化情况，评判避雷器故障。实践表明，阻性电流较全电流能更灵敏地反映避雷器故障，如果阀片受潮或故障时，避雷器电压与电流相位差降到80度以下，相角差也被认为是避雷器故障判断的依据。

6 结语

通过此次避雷器发热缺陷故障，我们也明确了避雷器维护管理的方向。在避雷器维护管理中要继续提高避雷器的定期巡视工作质量，按时抄录避雷器在线监测仪数据和动作次数，严格按照运维策略开展红外测温。要持续做好不停电测试工作，按要求开展运行电压下的泄漏电流测试，认真做好数据趋势分析，发现异常时复测和停电检查。在避雷器劣化应对中最重要的是防患于未然，要求对运行超10年同厂家、同型号避雷器做好红外全面排查工作，并专项开展测试数据分析，形成专题分析报告，避免缺陷漏发现。