許家響，張祥帥，范小輝

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

金屬氧化物避雷器(metal oxide arrester，MOA)是保護(hù)輸變電設(shè)備免受過電壓侵害的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)遭受雷擊過電壓、工頻暫態(tài)過電壓或系統(tǒng)操作過電壓時，MOA內(nèi)部金屬氧化物閥片將過電壓引入大地[1]。由于輸變電系統(tǒng)MOA內(nèi)部閥片常采用無間隙串聯(lián)方式，因長期承受系統(tǒng)運(yùn)行電壓，其絕緣能力受到直接影響，嚴(yán)重時可導(dǎo)致MOA本體損壞甚至爆炸，造成停電事故。

1 金屬氧化物避雷器特性

1.1 伏安特性

MOA按結(jié)構(gòu)可劃分為兩大類：瓷外套和硅橡膠復(fù)合外套，按結(jié)構(gòu)性能可分為無間隙(W)、帶串聯(lián)間隙(C)、帶并聯(lián)間隙(B)三類，110 kV通常為單節(jié)結(jié)構(gòu)，220 kV及以上通常采用兩節(jié)及以上串接形式。

MOA的伏安特性如圖1所示，可分為線性區(qū)、預(yù)擊穿區(qū)、擊穿區(qū)，正常運(yùn)行中MOA處于線性區(qū)，泄漏電流很小。由于MOA長期在外界環(huán)境中運(yùn)行受到各種因素的影響，導(dǎo)致其密封性下降，水分進(jìn)入內(nèi)部而受潮，導(dǎo)致閥片電阻值急劇減小、泄漏電流增大，造成避雷器閥片劣化，甚至炸裂。

圖1 金屬氧化物避雷器伏安特性

1.2 等值電路

MOA的簡化等值電路及主泄漏電流向量關(guān)系如圖2所示，由閥片的非線性電阻與閥片的固有電容組成并聯(lián)電路，其中分別表示總泄漏電流、全電流阻性分量、全電流容性分量。正常情況下，MOA的泄漏電流呈容性，阻性分量僅占全電流的10 %～20 %[2]。

圖2 MOA簡化等值電路及主泄漏電流向量關(guān)系

1.3 MOA帶電檢測技術(shù)

MOA閥片的主要成分是ZnO，在長期運(yùn)行時由于閥片老化、受潮等因素，其絕緣性能逐步劣化，尤其當(dāng)密封損壞時，劣化速度非?？?。為減少事故發(fā)生及設(shè)備停電檢修次數(shù)，MOA運(yùn)行中必須進(jìn)行帶電檢測。目前，帶電檢測技術(shù)主要有全電流、阻性電流檢測、高頻局放檢測及紅外精確測溫[3]。當(dāng)串接型避雷器發(fā)生劣化時，整體電位分布也將發(fā)生畸變，此時不同帶電檢測技術(shù)的有效性均難以保證。

下面以一起MOA絕緣早期受潮引起的發(fā)熱缺陷為例進(jìn)行故障診斷分析。

2 故障簡述

2021-09-10，天氣多云，環(huán)境溫度25 ℃。運(yùn)行人員在例行紅外精確測溫時發(fā)現(xiàn)某220 kV出線避雷器A相上節(jié)整體異常發(fā)熱，B、C相無異常，三相避雷器泄漏電流在線監(jiān)測表計無明顯異常。

測溫結(jié)果顯示，A相上、下節(jié)溫度分別為41.6 ℃、38.6 ℃；B相上、下節(jié)溫度分別為38.4 ℃、38.1 ℃；C相上、下節(jié)溫度分別為38.3 ℃、38.1 ℃。根據(jù)DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》附錄I.1電壓致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)，該避雷器A相上節(jié)本體發(fā)熱特征為明顯，上節(jié)熱點溫度41.6 ℃，與下節(jié)的最大溫差為3 ℃，判斷該缺陷屬于嚴(yán)重缺陷。而查閱歷史紅外測溫報告均無異常。

3 故障原因分析

3.1 現(xiàn)場帶電試驗

故障避雷器型號為YH10W-204/532W，2010年4月出廠，2011年6月投運(yùn)，上次停電檢修試驗時間為2018年5月。

接到缺陷匯報后，人員立即到現(xiàn)場開展避雷器帶電測試，測試結(jié)果見表1。從帶電測試數(shù)據(jù)看出，故障相避雷器阻性電流占全電流的比值相較非故障相并不明顯，也符合規(guī)程要求。

表1 避雷器帶電測試結(jié)果

查閱故障避雷器歷史帶電測試數(shù)據(jù)(見表2)，故障相避雷器帶電測試數(shù)據(jù)同樣沒有明顯的劣化趨勢，故障避雷器需要立即進(jìn)行停電檢修及診斷試驗。

表2 避雷器歷史帶電測試數(shù)據(jù)

3.2 停電診斷試驗數(shù)據(jù)

現(xiàn)場申請停電后，現(xiàn)場人員對故障相避雷器進(jìn)行診斷試驗，包括直流1 mA參考電壓、75 %直流1 mA參考電壓下泄漏電流值及最大運(yùn)行電壓下的泄漏電流測試。上次A相停電診斷試驗數(shù)據(jù)見表3，本次A相診斷試驗數(shù)據(jù)見表4。

表3 上次A相停電診斷試驗數(shù)據(jù)

表4 本次A相停電診斷試驗數(shù)據(jù)

由表3、4可知，兩次故障避雷器上節(jié)直流試驗數(shù)據(jù)有明顯異常，直流1 mA電壓相較歷史數(shù)據(jù)無明顯變化，但75 %直流1 mA電壓下的泄漏電流相較歷史初值增長了61.2 %，超過國家電網(wǎng)公司Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》要求值。最大運(yùn)行電壓下交流泄漏電流試驗中，故障避雷器上節(jié)的基波阻性電流分量相較下節(jié)明顯增大，基波阻性電流占全電流有效值百分比達(dá)到32.97 %，也不滿足規(guī)程要求，由此推斷故障避雷器上節(jié)內(nèi)部存在受潮缺陷。

4 解體檢查分析

診斷試驗后對故障避雷器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)避雷器上節(jié)頂部有白色氧化物粉末，判斷為頂部密封不良引起了內(nèi)部閥片受潮。

根據(jù)現(xiàn)場停電診斷試驗情況，220 kV ZnO避雷器單節(jié)受潮時，無法依據(jù)泄漏電流全電流、阻性分量檢測判斷標(biāo)準(zhǔn)有效發(fā)現(xiàn)缺陷。結(jié)合解體檢查情況，判斷可能是避雷器投運(yùn)時間較長，受運(yùn)行電壓、大氣環(huán)境、沖擊過電壓等電熱應(yīng)力綜合影響，其頂部硅橡膠密封老化產(chǎn)生間隙；此外，故障避雷器地處常年濕度較高并伴有梅雨季強(qiáng)降水的地帶，避雷器上節(jié)頂部受潮，在持續(xù)運(yùn)行電壓下上節(jié)避雷器泄漏電流阻性分量增大，從而產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

MOA閥片受潮時，劣化速度較快，因此，在帶電測試中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時應(yīng)及時進(jìn)行多種方式測試，必要時通過停電診斷試驗綜合判斷設(shè)備狀況。

當(dāng)MOA發(fā)生受潮時，其受潮單元的電壓承擔(dān)率明顯下降，正常單元節(jié)的電壓承擔(dān)率明顯上升[4]，造成多節(jié)串接避雷器部分早期受潮時總的泄漏電流及阻性分量變化不明顯，采用常規(guī)帶電測試方式無法有效發(fā)現(xiàn)早期受潮缺陷。因此，對同型號、同批次設(shè)備應(yīng)增加紅外精確測溫檢測頻次，發(fā)現(xiàn)異常及時進(jìn)行停電檢修，從而有效預(yù)防事故的發(fā)生。