三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器預(yù)試不合格分析

王軼琛

(杭州華電下沙熱電有限公司，浙江 杭州 310018)

0 引言

真空斷路器因其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于中壓系統(tǒng)，由于其滅弧能力強(qiáng)，在開(kāi)合操作電動(dòng)機(jī)和變壓器等感性負(fù)載時(shí)易產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備安全運(yùn)行造成影響。為此，不少電力及工礦企業(yè)選擇組合式過(guò)電壓保護(hù)器作為操作過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓保護(hù)裝置。

1 三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器異?，F(xiàn)象

某燃機(jī)發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)6 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)安裝有TBP-A(B)-7.6/131型三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器，用于限制大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。每組保護(hù)器由4個(gè)獨(dú)立元件組成，其中3個(gè)相元件與系統(tǒng)A, B，C三相分別連接，地元件與地線連接形成公共中性點(diǎn)，如圖1所示。每個(gè)元件由非線性氧化鋅閥片F(xiàn)R和串聯(lián)放電間隙CG組成，外套采用憎水性強(qiáng)的硅橡膠復(fù)合絕緣材料，整體硫化一次成型法生產(chǎn)，適用于操作頻繁的運(yùn)行環(huán)境。

圖1 三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器結(jié)構(gòu)

該燃機(jī)發(fā)電廠基建安裝的三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器為2013年生產(chǎn)，2014年交接試驗(yàn)合格后投入運(yùn)行，其后歷次電氣預(yù)防性試驗(yàn)中曾發(fā)現(xiàn)個(gè)別過(guò)電壓保護(hù)器不合格并進(jìn)行了更換。

根據(jù)JB/T 10609—2006《交流三相組合式有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器》，額定電壓7.6 kV的電機(jī)用避雷器工頻放電電壓有效值應(yīng)不小于15 kV，電站用避雷器工頻放電電壓有效值不小于16 kV。在2021年電氣預(yù)防性試驗(yàn)中，先后發(fā)現(xiàn)有6組過(guò)電壓保護(hù)器相—相絕緣電阻明顯下降，工頻放電電壓大幅降低，不滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(三相相元件編號(hào)分別為1，2，3)，而過(guò)電壓保護(hù)器的相—地絕緣電阻值均滿足大于2500 MΩ的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

將這6組試驗(yàn)不合格的過(guò)電壓保護(hù)器拆至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢查分析。通過(guò)外觀檢查發(fā)現(xiàn)3個(gè)相元件的硅橡膠外套、電纜引線及基座絕緣盒表面無(wú)破損、過(guò)熱、爬電、變色、污染等異常痕跡。由于地元件封裝在過(guò)電壓保護(hù)器基座絕緣盒內(nèi)，暫時(shí)無(wú)法判斷。

對(duì)該過(guò)電壓保護(hù)器完成清潔干燥后，使用兆歐表復(fù)測(cè)相—相和相—地絕緣電阻，無(wú)明顯變化。初步判斷地元件絕緣正常，而相元件存在異常情況導(dǎo)致絕緣不合格。

2 解體檢查及試驗(yàn)

為分析過(guò)電壓保護(hù)器絕緣下降原因，對(duì)其中的2組組合式過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行解體檢查。該型號(hào)保護(hù)器生產(chǎn)工藝和基本結(jié)構(gòu)為：每個(gè)相元件的放電間隙和氧化鋅閥片等功能器件封裝在硅橡膠外套覆蓋下的一個(gè)白色絕緣密封筒內(nèi)，該密封筒分上下兩部分，通過(guò)螺紋擰緊連接，縫隙用膠水密封。由于并非抽真空工藝，筒內(nèi)難免有空氣留存。地元件結(jié)構(gòu)與相元件一致，地元件水平放置在密封絕緣基座內(nèi)，其首端通過(guò)銅線與各相元件尾端連接，尾端通過(guò)一螺桿穿出基座接地。

2.1 2號(hào)廠區(qū)變過(guò)電壓保護(hù)器

2.1.1 相元件(編號(hào)1)解體檢查情況

將2號(hào)廠區(qū)變過(guò)電壓保護(hù)器相元件(編號(hào)1)外部硅橡膠割除，檢查硅橡膠內(nèi)表面干凈平整，無(wú)異常現(xiàn)象。裝有功能元器件的密封筒外觀無(wú)受損、潮濕等異?，F(xiàn)象。打開(kāi)密封筒，看到放電間隙的上電極嚴(yán)重銅綠銹蝕，并碎裂成大小不等的5塊；下電極完整、未見(jiàn)明顯裂紋，但表面覆蓋明顯銅綠；該相元件其余部件未見(jiàn)明顯異常情況。該保護(hù)器(編號(hào)2，3)相元件以及地元件未解體，留做浸水觀察試驗(yàn)。

2.1.2 相元件(編號(hào)1)解體后試驗(yàn)情況

相元件(編號(hào)1)解體后，對(duì)其中一些部件進(jìn)行絕緣電阻、直流泄漏電流測(cè)試。氧化鋅閥片絕緣電阻1.26 GΩ。對(duì)氧化鋅閥片做直流泄漏電流試驗(yàn)，U1mA直流電壓為6.6 kV，測(cè)量0.75U1mA下泄漏電流為12 μA，與制造廠規(guī)定值相符合。測(cè)量放電間隙支撐絕緣筒絕緣電阻為35 MΩ，用酒精擦拭后復(fù)測(cè)絕緣電阻提高至6.44 GΩ，說(shuō)明其表面有污染。

2.2 1B循環(huán)水泵過(guò)電壓保護(hù)器

2.2.1 相元件(編號(hào)2)解體及試驗(yàn)情況

將1B循環(huán)水泵過(guò)電壓保護(hù)器相元件(編號(hào)2)解體，解體后發(fā)現(xiàn)與2號(hào)廠區(qū)變情況相同，即放電間隙上電極銹蝕銅綠，邊緣碎裂，而下電極表面銅綠嚴(yán)重；放電間隙支撐絕緣筒表面有粉末附著現(xiàn)象；解體后測(cè)量放電間隙套筒絕緣電阻8.38 MΩ；氧化鋅閥片絕緣電阻4.56 MΩ，擦拭后絕緣明顯提高；進(jìn)行直流泄漏試驗(yàn)，則U1mA直流電壓為5 kV，0.75U1mA下泄漏電流為24 μA，與制造廠規(guī)定值相符合。

2.2.2 相元件(編號(hào)1)試驗(yàn)及解體檢查情況

1B循環(huán)水泵過(guò)電壓保護(hù)器相元件(編號(hào)1)采取先進(jìn)行直流泄漏試驗(yàn)后解體的檢查方法。首先用兆歐表2500 V檔測(cè)量，絕緣電阻為2.57 MΩ；然后用5000 V檔測(cè)試，顯示值在1.9～2.4 MΩ擺動(dòng)；再施加直流電壓2 kV，泄漏電流在達(dá)到800 μA后逐漸降低。上述試驗(yàn)現(xiàn)象反映該相元件內(nèi)部絕緣存在異常。

試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)上電極銹蝕銅綠，周邊絕緣蓋上分布黑色樹(shù)枝狀雜質(zhì)，可以擦拭掉，疑似表面爬電痕跡；下電極銹蝕嚴(yán)重，有顆粒雜質(zhì)。

2.2.3 地元件解體及試驗(yàn)情況

由于過(guò)電壓保護(hù)器地元件的絕緣檢測(cè)情況均正常，因此只對(duì)1B循環(huán)水泵的地元件進(jìn)行解體檢查。解體前檢查地元件外觀完整干凈，解體后內(nèi)部未見(jiàn)受潮、銹蝕、破損等跡象。放電間隙下電極有放電熏黑痕跡，其余部件未見(jiàn)異常情況。

解體后測(cè)量地元件氧化鋅閥片絕緣電阻為1.94 GΩ，放電間隙套筒絕緣電阻為1.957 TΩ。對(duì)氧化鋅閥片做直流泄漏試驗(yàn)，U1mA直流電壓為5.1 kV，0.75U1mA下泄漏電流為23 μA，與制造廠規(guī)定值相符合。

2.3 2號(hào)空壓機(jī)過(guò)電壓保護(hù)器

2號(hào)空壓機(jī)過(guò)電壓保護(hù)器借鑒無(wú)間隙避雷器試驗(yàn)方法，選擇直流泄漏試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證其絕緣狀況。根據(jù)試驗(yàn)前相—相、相—地不同元件組合的絕緣電阻結(jié)果，采取相—地元件組合施加6 kV直流電壓，相—相元件組合施加3 kV直流電壓。結(jié)果顯示，試驗(yàn)前后各元件絕緣電阻無(wú)明顯變化。通過(guò)各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比對(duì)，判斷地元件絕緣狀況良好，而3個(gè)相元件絕緣存在問(wèn)題，與之前試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

3 浸水試驗(yàn)

將2號(hào)廠區(qū)變過(guò)電壓保護(hù)器相元件(編號(hào)2，3)以及地元件正立浸入水箱，保持水面沒(méi)過(guò)相元件頂部電纜引線根部。該浸水檢查是為了檢查元件的密封性，為分析相元件絕緣下降原因提供參考。浸水前，測(cè)量R23絕緣電阻為29 MΩ，R2D絕緣電阻987 GΩ，R3D絕緣電阻865 GΩ。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，相元件和地元件在浸水初期絕緣電阻均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，絕緣良好的地元件在一周后降至20 MΩ，與相元件相當(dāng)。分析認(rèn)為：相元件(編號(hào)1)解體后，基座絕緣盒原有密封性被破壞，導(dǎo)致封裝在盒內(nèi)的地元件進(jìn)水受潮，是其絕緣電阻嚴(yán)重下降的根本原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)絕緣異常的過(guò)電壓保護(hù)器解體檢查及相關(guān)試驗(yàn)，綜合分析得出保護(hù)器相元件絕緣不合格是其內(nèi)部受潮所致。潮氣使放電間隙的電極嚴(yán)重銹蝕，腐蝕產(chǎn)生的粉末污染了放電間隙支撐套筒、氧化鋅閥片等部件表面，導(dǎo)致絕緣嚴(yán)重下降，腐蝕電極在裝配應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋甚至破碎，給過(guò)電壓保護(hù)器帶來(lái)極大的安全隱患。

該批次過(guò)電壓保護(hù)器出現(xiàn)絕緣嚴(yán)重下降的共性問(wèn)題，其根本原因是該類型產(chǎn)品生產(chǎn)工藝難以保證長(zhǎng)期密封效果，加上電廠運(yùn)行環(huán)境潮濕，如開(kāi)關(guān)柜下方電纜溝有積水等，潮氣進(jìn)入相元件導(dǎo)致絕緣不合格。

因此，需要重視開(kāi)展過(guò)電壓保護(hù)器預(yù)防性試驗(yàn)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣異常隱患。根據(jù)以往用戶經(jīng)驗(yàn)，同類型產(chǎn)品運(yùn)行超過(guò)8年后故障率較高。為消除安全隱患，建議電廠對(duì)仍在運(yùn)行的同批次其他產(chǎn)品盡早安排更換處理。