金屬氧化物避雷器直流高壓試驗(yàn)探討

龍凡，王文，孫振華

(湖南省電力公司衡陽(yáng)電業(yè)局，湖南衡陽(yáng)421001)

氧化鋅避雷器 (MOA)是一種從20世紀(jì)80年代中期開始在電力系統(tǒng)推廣的避雷器，以其優(yōu)異的非線性和良好的材質(zhì)穩(wěn)定性而在電力系統(tǒng)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。氧化鋅避雷器在變電站內(nèi)的正常運(yùn)行對(duì)維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定有著重要意義。在國(guó)家電網(wǎng)頒布的《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中，氧化鋅避雷器的例行試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括紅外成像檢測(cè)、運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)、直流1 mA電壓(U1mA)及在0.75U1mA下漏電流測(cè)量、底座絕緣電阻測(cè)量、放電計(jì)數(shù)器功能檢查等5個(gè)項(xiàng)目。其中直流試驗(yàn)中注意值的規(guī)定為:U1mA初值差不超過(guò)±5%且不低于GB 11032-2000《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》規(guī)定值;0.75U1mA漏電流初值差≤30%或≤50 μA。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試中，該注意值的使用應(yīng)當(dāng)慎重，當(dāng)測(cè)試值未超過(guò)注意值，但有明顯變化趨勢(shì)時(shí)也應(yīng)引起注意，應(yīng)在盡量排除外界干擾后結(jié)合三相測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行縱橫比較，方可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷。

1 直流高壓試驗(yàn)原理

直流參考電壓試驗(yàn)是對(duì)避雷器施加一個(gè)直流電壓，當(dāng)通過(guò)試品的電流等于1 mA時(shí)，測(cè)出直流電壓值。0.75U1mA漏電流試驗(yàn)是對(duì)避雷器施加0.75倍直流參考電壓，測(cè)量通過(guò)避雷器的漏電流。通過(guò)這2項(xiàng)直流高壓試驗(yàn)，可檢測(cè)避雷器的非線性伏安特性是否滿足要求。避雷器上通過(guò)泄漏電流隨直流高壓的升高而呈非線性增長(zhǎng)，泄漏電流I總主要由通過(guò)閥片內(nèi)部的泄漏電流I閥體、通過(guò)閥片表面的泄漏電流I閥表和通過(guò)瓷套表面的泄漏電流I瓷組成:

隨著直流高壓的升高，I閥體一開始緩慢增加，當(dāng)電壓升高到一定程度，閥片內(nèi)部性質(zhì)發(fā)生改變后，泄漏電流急劇增大;I閥表和I瓷隨電壓的升高而線性增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的幅度決定于避雷器受潮程度以及表面污穢情況，泄漏電流與直流電壓的關(guān)系曲線如圖1。

圖1 泄漏電流與直流電壓關(guān)系圖

2 數(shù)據(jù)異常原因分析

直流高壓試驗(yàn)在實(shí)際操作中，數(shù)據(jù)異常的原因主要有以下幾種:

(1)避雷器接線板或者所帶導(dǎo)線電暈放電。

(2)避雷器表面污穢嚴(yán)重。

(3)避雷器內(nèi)部受潮。

(4)避雷器閥片老化。

(5)避雷器閥片擊穿。

播種期的小麥病害主要以條銹病、白粉病、雪霉葉枯病和黃矮病為主，同時(shí)要防治地下害蟲。該時(shí)期的小麥剛萌發(fā)，物理防治會(huì)對(duì)苗有一定的損傷，一般以化學(xué)防治為主。在前期拌種時(shí)，可采用藥劑拌種控制苗期地下害蟲和蚜蟲危害，預(yù)防小麥黃矮病的發(fā)生。

(6)避雷器閥片開裂。

其中電暈放電以及表面污穢屬于外部干擾，在實(shí)際試驗(yàn)中應(yīng)通過(guò)各種手段予以排除，使其不影響試驗(yàn)結(jié)果。

避雷器內(nèi)部受潮時(shí)，U1mA下降，0.75U1mA漏電流增大，且0.75U1mA漏電流增大較為明顯，一般大于50μA，通過(guò)直流試驗(yàn)可以較容易發(fā)現(xiàn)。

避雷器閥片老化、擊穿時(shí)，單片閥片U1mA下降幅度以及0.75U1mA漏電流增大幅度都較為明顯，但因避雷器內(nèi)部一般由多片閥片串聯(lián)而成，只有當(dāng)故障閥片數(shù)量達(dá)到一定時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果才會(huì)超過(guò)狀態(tài)檢修規(guī)程中U1mA及0.75U1mA漏電流的警戒值。

避雷器閥片開裂，其U1mA變化較為微弱，而I閥表因?yàn)殚y片表面面積的增加而有所增大，但在完好閥片與開裂閥片串聯(lián)的情況下，其增長(zhǎng)幅度較為微弱，避雷器整體U1mA以及0.75U1mA漏電流往往會(huì)處于警戒范圍內(nèi)而極易被忽視。

3 故障案例

2011年4月26日，衡陽(yáng)電業(yè)局在夏塘變電站對(duì)110 kV龍夏B502間隔進(jìn)行例行試驗(yàn)，在對(duì)110 kV線路避雷器進(jìn)行直流試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，例行試驗(yàn)及交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 110 kV龍夏B502線路避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了避免表面泄漏電流的影響，試驗(yàn)人員對(duì)三相避雷器進(jìn)行了瓷瓶擦拭并裝設(shè)屏蔽線，所得測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)變化。

盡管C相避雷器U1mA以及0.75U1mA漏電流均符合《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中避雷器例行試驗(yàn)的要求，但結(jié)合其它兩相試驗(yàn)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，A，B兩相前后2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本保持不變，在加壓過(guò)程中在線監(jiān)測(cè)表指針正常偏轉(zhuǎn)，1mA電流指示正確，只有C相試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生了較為明顯的改變，在線監(jiān)測(cè)表計(jì)隨著電壓的上升抖動(dòng)非常明顯，1mA電流指示偏差較大。且試驗(yàn)人員確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)所有干擾均已排除，排除了外界因素導(dǎo)致誤差的可能，結(jié)合以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)作出了該避雷器內(nèi)部故障的判斷，并將其進(jìn)行了更換。

4 解體檢查

該避雷器型號(hào)為Y10W-100/260，2008年3月出廠。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為33片氧化鋅閥片串聯(lián)疊放而成，頂部有彈簧向下施力，保持閥片接觸緊密，閥片外有絕緣套筒，最外層則為支持瓷裙。

為了查明避雷器U1mA及0.75U1mA漏電流異常的原因，技術(shù)人員對(duì)避雷器進(jìn)行了解體，發(fā)現(xiàn)氧化鋅閥片有大量開裂的現(xiàn)象 (如圖2)。

圖2 避雷器閥片整體圖

將閥片按照在避雷器中疊放的次序，從上到下編號(hào)為#1—#33閥片，其中開裂的有#7—#17，#19—#22(圖2)，其中#11，#12，#15閥片有擊穿現(xiàn)象 (圖3)。圖4方框區(qū)域內(nèi)有擊穿痕跡。

圖3 閥片陳列圖

圖4 擊穿閥片展示圖

在絕緣套筒的內(nèi)壁上有閥片炸裂時(shí)產(chǎn)生的綠色粉末，基本呈現(xiàn)出3條帶狀分布，且與擊穿閥片的位置相對(duì)應(yīng)。

避雷器內(nèi)部裝有干燥劑，呈干燥狀態(tài)，顯示避雷器內(nèi)部密封良好，無(wú)受潮現(xiàn)象。

結(jié)合以上解體檢查結(jié)果，可判斷閥片質(zhì)量問(wèn)題是避雷器損壞的主要原因，少量問(wèn)題閥片在遭受沖擊時(shí)被擊穿炸裂，產(chǎn)生的沖擊力造成鄰近閥片開裂，最終導(dǎo)致避雷器U1mA及0.75U1mA漏電流數(shù)據(jù)異常。

5 驗(yàn)證試驗(yàn)

該避雷器在內(nèi)部閥片近半數(shù)發(fā)生開裂，且有3片閥片明顯擊穿現(xiàn)象的情況下，其U1mA及0.75U1mA漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然在合格范圍內(nèi)，這引起試驗(yàn)人員的高度重視。為了驗(yàn)證閥片開裂、擊穿對(duì)避雷器直流試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響程度，試驗(yàn)人員從該避雷器的33片閥片選取了15片完好無(wú)損的閥片，編為A組，又將15片開裂的閥片 (包括3片被擊穿閥片)編為B組，對(duì)A，B 2組閥片進(jìn)行了U1mA及0.75U1mA漏電流試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3 A，B組閥片直流試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)人員又將擊穿的3片閥片編為C組，然后選取了特性參數(shù)相近的開裂的閥片和正常的閥片各3片分別編為D，E組，對(duì)這3組閥片也進(jìn)行了直流試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4。

比較D，E 2組數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)閥片開裂對(duì)U1mA影響較為微弱，3片閥片全裂，其 U1mA只減少0.27 kV，初值差為-1.94%; 對(duì) 0.75U1mA漏電流的影響較為明顯，漏電流從20μA左右增長(zhǎng)到57.7μA，其增長(zhǎng)原因主要為其斷裂面無(wú)瓷釉覆蓋，導(dǎo)致其表面泄漏增大，從而使得0.75U1mA增大。

表4 C，D，E組閥片 (各3片)直流試驗(yàn)結(jié)果

比較C，D，E 3組數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)閥片被擊穿，對(duì)U1mA影響較為明顯，由13.94 kV下降為11.3 kV，初值差為18.94%，漏電流的增長(zhǎng)也更為明顯，增長(zhǎng)到 69.5μA。

但避雷器內(nèi)部一般由30多片氧化鋅閥片串聯(lián)而成，正常閥片的存在會(huì)大大降低0.75U1mA漏電流，使得該避雷器內(nèi)部即使有近半數(shù)的閥片被擊穿，仍滿足《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》的要求 (雖然初值差為64.1%，但其漏電流大小依然低于50μA)。同樣，當(dāng)避雷器內(nèi)部只有少數(shù)幾片閥片被擊穿時(shí)，其對(duì)U1mA的影響也較為微弱，在本次實(shí)例中，33片閥片中有3片被擊穿，其U1mA的初值差也僅為1.8%，低于規(guī)程中±5%的要求。

6 分析結(jié)論

(1)氧化鋅閥片的擊穿會(huì)使得U1mA降低，但對(duì)于110 kV及以上電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器，其內(nèi)部一般由數(shù)十片閥片串聯(lián)而成，少數(shù)閥片對(duì)U1mA的影響并不明顯，所以當(dāng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)U1mA有下降的趨勢(shì)，但仍處于規(guī)程合格范圍內(nèi)時(shí)，其內(nèi)部也可能有少數(shù)閥片已被擊穿，此時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合其它試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步判斷。

(2)由于開裂的氧化鋅閥片的開裂面沒(méi)有瓷釉，且其表面面積增加，使得其表面電阻變小，最終導(dǎo)致0.75U1mA漏電流增大。但是閥片本身的電氣性能沒(méi)有發(fā)生改變，所以在運(yùn)行電壓下，閥片仍然呈現(xiàn)高阻的狀態(tài)，而當(dāng)正常閥片與開裂閥片串聯(lián)后，開裂閥片表面電阻的減小對(duì)于整個(gè)閥片組的影響被大大削弱，即使有大量的閥片開裂，其0.75U1mA漏電流仍然可能低于規(guī)程要求的50μA。

(3)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中關(guān)于U1mA及0.75U1mA漏電流的規(guī)定較為寬松。在實(shí)際測(cè)試中可能出現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足規(guī)程要求，但避雷器已處于急劇惡化的狀態(tài)的情況，因此在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)多做分析，避免對(duì)設(shè)備狀態(tài)的誤判。

電力出版社，1996.

〔1〕DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程〔S〕.北京:中國(guó)

〔2〕Q/GDW 168-2008輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

〔3〕GB 11032-2000交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.