一起氧化锌避雷器阻性电流超标事件分析

李海凤，刘 静，郭良峰，王文海，郭祥雄

（1.国家电网有限公司技术学院分公司，山东 济南 250002；2.国网山东省电力公司恒源资产管理分公司，山东 济南 250001；3.国网武汉供电公司，湖北 武汉 430050）

0 引言

电力系统运行过程中，电力设备时常会发生过电压的情况，如果过电压值超过了电力设备的耐压水平，其绝缘水平就会降低，从而发生事故，影响电力系统供电可靠性[1-2]。金属氧化物避雷器（Metal Oxide Arrester，简称MOA）是用于保护输变电设备绝缘免受雷电过电压和操作过电压危害的一种电力设备，其在正常工作电压下阻值很大，通过的泄漏电流很小，而在过电压下阻值会急剧变小。由于MOA具有响应速度快、伏安特性平滑、通流量大、寿命长、残压低、动作可靠、结构简单等特点，在国内外各电压等级变电站中广泛应用[3-5]。

避雷器长期运行，受工频电压的作用，加上表面污秽影响，内部和外部环境发生变化，避雷器内部的阀片容易老化和受潮，导致避雷器在运行过程中出现缺陷，甚至发生爆炸[6-9]。因此，需及时发现并处理MOA的异常工况，防止事故扩大，保证电网安全稳定运行[10]。

本文针对一起220 kV氧化锌避雷器阻性电流超标事件进行分析，通过带电检测、故障后试验、解体检查，分析了故障原因，并给出整改措施。

1 事件概况

根据变电检测相关规定，110 kV及220 kV避雷器每年雷雨季节来临前应安排1次运行中持续电流检测[11]，通过分析运行电压下避雷器的电流电压相角、全电流数值、阻性电流基波峰值、基波功耗判断避雷器的运行状态。2021年某日，对某220 kV变电站某线路避雷器进行持续电流检测时发现，B相避雷器的全电流和阻性电流基波分量均高于A相和C相，同时B相电流电压相角小于A相和C相，具体检测数据如表1所示。B相数据异常，判定B相避雷器存在缺陷。

表1 运行中持续电流检测结果

随后，通过对比该B相避雷器历史检测数据，并对其进行红外热像仪测温、例行试验和解体检查，发现该避雷器阀片表面有水渍痕迹，并有白色盐类物质生成，经过分析判断为该避雷器阀片受潮导致阻性电流超标。

2 电气试验与数据分析

查阅该避雷器的带电检测历史数据，如表2所示。通过对比表1和表2数据，判断该B相避雷器可能存在阀片受潮或老化的现象，导致数据异常，故对其进行红外测温和停电例行试验。

表2 历史测试数据

2.1 红外测温

阻性电流的增大会导致避雷器本体温度异常升高，因此，为了进一步确定B相避雷器异常的原因，使用红外测温仪对避雷器进行精确测温，红外图谱如图1所示。由图可见，避雷器上下部温度存在明显温度差异，上部最高温度T1max为31.0℃，下部最高温度T2max为29.6℃，上部最高温度高于下部1.4℃。避雷器属于电压致热型设备，当精确测温发现避雷器本体不同部位温差大于0.5℃时就表示避雷器异常，内部存在缺陷，本次测温上下部温差达到1.4℃，已经属于严重缺陷。由于上部温度高于下部温度，说明避雷器上部异常，缺陷位于上部。

图1 B相避雷器红外测温图谱

为了进一步判断该避雷器内部的缺陷类型是绝缘受潮，还是绝缘件及阀片老化，对避雷器进行绝缘电阻、1 mA直流泄漏电流下的直流参考电压U1mA和75%U1mA下的直流泄漏电流测量。

2.2 绝缘电阻测量

对该B相避雷器进行绝缘电阻试验，发现B相避雷器上部绝缘电阻为3 180 MΩ，略高于避雷器本体绝缘电阻合格下限（2 500 MΩ），绝缘电阻较上次测试结果（56 000 MΩ）大大降低。

2.3 直流参考电压及泄漏电流试验

为了避免避雷器表面脏污对测量带来的影响，对避雷器外表面污秽物完全清除并风干后再次进行试验。测量避雷器的U1mA和75%U1mA下的直流泄漏电流，试验数据如表3所示。由表3可见，A相、C相与B相避雷器下部U1mA初值差不超过±5%，75%U1mA下的直流泄漏电流初值差小于30%，符合规定。B相避雷器上部U1mA明显降低，初值差虽未超过±5%，但不符合铭牌标注的不小于148 kV的要求，并且B相避雷器上部75%U1mA下的直流泄漏电流值达42µA，初值差为+425%，远高于规程要求的30%，说明B相避雷器的非线性特性不符合规定，该避雷器存在阀片受潮老化或伞裙破损。根据规程要求判定，该B相避雷器试验数值不合格。

表3 220 kV避雷器泄漏电流试验数据

3 故障原因分析和整改措施

引起避雷器阻性电流超标的原因主要为避雷器内部绝缘受潮、绝缘件老化等。该线路B相避雷器带电检测阻性电流数据和红外图谱异常，且停电例行试验时绝缘电阻和泄漏电流数据异常，说明该相避雷器绝缘劣化。

3.1 故障避雷器的解体检查

对该B相避雷器进行解体检查。解体后发现阀片及金属垫片受潮明显，个别阀片边釉破损，避雷器阀片表面从上向下有水渍痕迹。水渍痕迹在避雷器中上部较为明显，共有21片阀片有不同程度的受潮痕迹。检查单个阀片发现在水渍痕迹相应位置有白色盐类生成物，尤其靠近顶端的阀片更严重，顶端阀片的受潮细节如图2所示。解体检查说明避雷器阀片受潮导致避雷器阻性电流超标和红外图谱异常，避雷器受潮的原因可能是避雷器密封工艺不良。

图2 避雷器顶部阀片受潮细节

通过进一步解体检查，发现避雷器顶部护套有受潮侵入点，先是最上端阀片受潮劣化，再逐步发展到中下部阀片受潮劣化。根据检查情况可知，避雷器内部绝缘受潮劣化导致阻性电流增大，同时由于泄漏电流变大，劣化的避雷器发热明显，造成温度异常升高。

3.2 整改措施

由于该线路B相避雷器运行和停电试验数据异常，需及时更换新避雷器。更换前对新避雷器进行试验，该避雷器额定电压为204 kV，持续运行电压为159 kV，试验数据如表4所示。避雷器上部U1mA为153.7 kV，避雷器下部U1mA为153.1 kV，均符合铭牌标注的不小于148 kV的要求。避雷器上部0.75U1mA下的泄漏电流为10.3µA，避雷器下部0.75U1mA下的泄漏电流为10.8µA，初值差分别为+3%和+8%，符合初值差小于30%的规定，新避雷器各项试验数据合格。

表4 新避雷器试验数据

为及时发现此类避雷器故障，建议采取以下措施：

1）避雷器发热属于电压致热型，温度升高不明显，使用红外成像仪带电检测不易发现这一缺陷。因此对避雷器进行红外测温时，应仔细调节仪器参数，将被测避雷器与背景颜色明显区分开，使避雷器成像轮廓清晰，看到层次分明的伞裙。

2）当金属氧化锌避雷器阀片受潮或老化时，运行电压下避雷器阻性电流会明显增大，缩短避雷器阻性电流带电检测时间间隔能及时发现避雷器缺陷。

4 结语

本次事件是一起典型的避雷器内部阀片受潮导致绝缘性能降低的案例，通过带电阻性电流测试，及时发现了设备缺陷，避免了故障进一步发展导致事故。综合运用红外测温、带电检测、在线监测等手段加强对避雷器的运行监测，可及时发现避雷器缺陷。对避雷器异常情况结合停电试验、解体检查等方法综合判断故障原因，保证电网安全稳定运行。