一起220 kV金属氧化物避雷器异常发热故障分析

许家响，张祥帅，范小辉

(国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，江苏 苏州 215000)

0 引言

金属氧化物避雷器(metal oxide arrester，MOA)是保护输变电设备免受过电压侵害的关键设备，当系统遭受雷击过电压、工频暂态过电压或系统操作过电压时，MOA内部金属氧化物阀片将过电压引入大地[1]。由于输变电系统MOA内部阀片常采用无间隙串联方式，因长期承受系统运行电压，其绝缘能力受到直接影响，严重时可导致MOA本体损坏甚至爆炸，造成停电事故。

1 金属氧化物避雷器特性

1.1 伏安特性

MOA按结构可划分为两大类：瓷外套和硅橡胶复合外套，按结构性能可分为无间隙(W)、带串联间隙(C)、带并联间隙(B)三类，110 kV通常为单节结构，220 kV及以上通常采用两节及以上串接形式。

MOA的伏安特性如图1所示，可分为线性区、预击穿区、击穿区，正常运行中MOA处于线性区，泄漏电流很小。由于MOA长期在外界环境中运行受到各种因素的影响，导致其密封性下降，水分进入内部而受潮，导致阀片电阻值急剧减小、泄漏电流增大，造成避雷器阀片劣化，甚至炸裂。

图1 金属氧化物避雷器伏安特性

1.2 等值电路

MOA的简化等值电路及主泄漏电流向量关系如图2所示，由阀片的非线性电阻与阀片的固有电容组成并联电路，其中分别表示总泄漏电流、全电流阻性分量、全电流容性分量。正常情况下，MOA的泄漏电流呈容性，阻性分量仅占全电流的10 %～20 %[2]。

图2 MOA简化等值电路及主泄漏电流向量关系

1.3 MOA带电检测技术

MOA阀片的主要成分是ZnO，在长期运行时由于阀片老化、受潮等因素，其绝缘性能逐步劣化，尤其当密封损坏时，劣化速度非常快。为减少事故发生及设备停电检修次数，MOA运行中必须进行带电检测。目前，带电检测技术主要有全电流、阻性电流检测、高频局放检测及红外精确测温[3]。当串接型避雷器发生劣化时，整体电位分布也将发生畸变，此时不同带电检测技术的有效性均难以保证。

下面以一起MOA绝缘早期受潮引起的发热缺陷为例进行故障诊断分析。

2 故障简述

2021-09-10，天气多云，环境温度25 ℃。运行人员在例行红外精确测温时发现某220 kV出线避雷器A相上节整体异常发热，B、C相无异常，三相避雷器泄漏电流在线监测表计无明显异常。

测温结果显示，A相上、下节温度分别为41.6 ℃、38.6 ℃；B相上、下节温度分别为38.4 ℃、38.1 ℃；C相上、下节温度分别为38.3 ℃、38.1 ℃。根据DL/T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》附录I.1电压致热型设备缺陷诊断判据，该避雷器A相上节本体发热特征为明显，上节热点温度41.6 ℃，与下节的最大温差为3 ℃，判断该缺陷属于严重缺陷。而查阅历史红外测温报告均无异常。

3 故障原因分析

3.1 现场带电试验

故障避雷器型号为YH10W-204/532W，2010年4月出厂，2011年6月投运，上次停电检修试验时间为2018年5月。

接到缺陷汇报后，人员立即到现场开展避雷器带电测试，测试结果见表1。从带电测试数据看出，故障相避雷器阻性电流占全电流的比值相较非故障相并不明显，也符合规程要求。

表1 避雷器带电测试结果

查阅故障避雷器历史带电测试数据(见表2)，故障相避雷器带电测试数据同样没有明显的劣化趋势，故障避雷器需要立即进行停电检修及诊断试验。

表2 避雷器历史带电测试数据

3.2 停电诊断试验数据

现场申请停电后，现场人员对故障相避雷器进行诊断试验，包括直流1 mA参考电压、75 %直流1 mA参考电压下泄漏电流值及最大运行电压下的泄漏电流测试。上次A相停电诊断试验数据见表3，本次A相诊断试验数据见表4。

表3 上次A相停电诊断试验数据

表4 本次A相停电诊断试验数据

由表3、4可知，两次故障避雷器上节直流试验数据有明显异常，直流1 mA电压相较历史数据无明显变化，但75 %直流1 mA电压下的泄漏电流相较历史初值增长了61.2 %，超过国家电网公司Q/GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》要求值。最大运行电压下交流泄漏电流试验中，故障避雷器上节的基波阻性电流分量相较下节明显增大，基波阻性电流占全电流有效值百分比达到32.97 %，也不满足规程要求，由此推断故障避雷器上节内部存在受潮缺陷。

4 解体检查分析

诊断试验后对故障避雷器进行解体检查，发现避雷器上节顶部有白色氧化物粉末，判断为顶部密封不良引起了内部阀片受潮。

根据现场停电诊断试验情况，220 kV ZnO避雷器单节受潮时，无法依据泄漏电流全电流、阻性分量检测判断标准有效发现缺陷。结合解体检查情况，判断可能是避雷器投运时间较长，受运行电压、大气环境、冲击过电压等电热应力综合影响，其顶部硅橡胶密封老化产生间隙；此外，故障避雷器地处常年湿度较高并伴有梅雨季强降水的地带，避雷器上节顶部受潮，在持续运行电压下上节避雷器泄漏电流阻性分量增大，从而产生发热现象。

5 结束语

MOA阀片受潮时，劣化速度较快，因此，在带电测试中发现数据异常时应及时进行多种方式测试，必要时通过停电诊断试验综合判断设备状况。

当MOA发生受潮时，其受潮单元的电压承担率明显下降，正常单元节的电压承担率明显上升[4]，造成多节串接避雷器部分早期受潮时总的泄漏电流及阻性分量变化不明显，采用常规带电测试方式无法有效发现早期受潮缺陷。因此，对同型号、同批次设备应增加红外精确测温检测频次，发现异常及时进行停电检修，从而有效预防事故的发生。