王鶴許，劉海峰 ，李俊卿

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

避雷器的作用是限制雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，保護(hù)其他電氣設(shè)備免受過(guò)電壓的損害。當(dāng)過(guò)電壓超過(guò)其規(guī)定的動(dòng)作電壓值時(shí)，避雷器立即動(dòng)作導(dǎo)通，并吸收能量，使避雷器兩端的電壓不超過(guò)規(guī)定值，避免電氣設(shè)備受過(guò)電壓損壞；過(guò)電壓消失后，避雷器又迅速恢復(fù)耐壓狀態(tài)，以保證系統(tǒng)正常供電。金屬氧化物避雷器(MOA)由于具有保護(hù)比小、通流量大、穩(wěn)定性好、保護(hù)特性可不受間隙的影響等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸取代傳統(tǒng)的碳化硅避雷器，在高壓、超高壓防雷領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并處于壟斷地位。盡管金屬氧化物避雷器故障率較低，但是由于制造、運(yùn)輸、安裝以及運(yùn)行等原因，運(yùn)行中常會(huì)發(fā)生各類缺陷，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除，將會(huì)影響避雷器的性能，嚴(yán)重時(shí)甚至釀成事故。

1 金屬氧化物避雷器的結(jié)構(gòu)

金屬氧化物避雷器的核心元件為氧化鋅電阻片，呈圓餅狀或環(huán)狀，兩端面噴有金屬電極，側(cè)面涂有絕緣釉保護(hù)以防沿面閃絡(luò)。目前，變電站用金屬氧化物避雷器基本采用無(wú)間隙結(jié)構(gòu)，即僅用氧化鋅電阻片，而無(wú)串聯(lián)間隙。氧化鋅電阻片呈單柱或多柱并列疊裝固定在密封單節(jié)或多節(jié)瓷套或復(fù)合絕緣套內(nèi)，高低壓端分別由瓷套或復(fù)合絕緣套兩端金屬附件引出。金屬氧化物避雷器主要由主體元件、絕緣底座、接線蓋板和均壓環(huán)(220 kV以上電壓等級(jí)具有)等組成。避雷器設(shè)有壓力釋放裝置，當(dāng)其在超負(fù)載動(dòng)作或發(fā)生意外損壞時(shí)，其壓力釋放裝置動(dòng)作，可避免發(fā)生意外。絕緣底座上安裝有用于顯示避雷器持續(xù)電流和記錄避雷器動(dòng)作次數(shù)的監(jiān)測(cè)器。金屬氧化物避雷器的結(jié)構(gòu)示意見圖1。

2 金屬氧化物避雷器缺陷的檢測(cè)方法

金屬氧化物避雷器運(yùn)行缺陷的檢測(cè)方法有4種，包括運(yùn)行巡視、停電試驗(yàn)、帶電檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)。這4類手段是相輔相成、互相印證的關(guān)系，有時(shí)候某種單一類型缺陷可以通過(guò)2種及以上手段發(fā)現(xiàn)。

2.1 運(yùn)行巡視

運(yùn)行巡視主要是在避雷器運(yùn)行中定期檢查其外觀、觀察泄漏電流表指示值和放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作情況。運(yùn)行中應(yīng)定期檢查避雷器瓷套有無(wú)裂紋；復(fù)合外套有無(wú)電蝕痕跡；有無(wú)異物附著；均壓環(huán)有無(wú)錯(cuò)位；引線連接情況是否正常；檢查泄漏電流表指示與同等條件下運(yùn)行的其他避雷器比較，有無(wú)明顯差異。

2.2 停電試驗(yàn)

目前，金屬氧化物避雷器的停電試驗(yàn)項(xiàng)目主要是檢測(cè)避雷器直流1 mA、電壓(U1 mA)及0.75U1 mA下的泄漏電流，另外還要檢測(cè)底座的絕緣電阻。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW 168-2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，金屬氧化物避雷器U1 mA初值差應(yīng)不超過(guò)±5%且不低于GB 11032-2010《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》規(guī)定值，0.75U1 mA泄漏電流初值差應(yīng)不大于30%或小于50 μA。

2.3 帶電檢測(cè)

金屬氧化物避雷器的帶電檢測(cè)，目前采用的主要測(cè)試手段是紅外熱像檢測(cè)和帶電測(cè)試避雷器阻性電流[3]。避雷器電阻片老化后，運(yùn)行中發(fā)熱會(huì)加劇，與相同運(yùn)行條件下的其他避雷器相比，整體或局部溫度偏高，相間溫差加大，因此通過(guò)紅外熱像檢測(cè)可有效檢出避雷器內(nèi)部缺陷。紅外熱像檢測(cè)具有不停電、不取樣、不接觸，直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

帶電檢測(cè)避雷器阻性電流也是發(fā)現(xiàn)避雷器早期缺陷的一種十分有效的手段。性能正常的避雷器的漏電流中，電阻片的漏電流(全電流Ix)是主要的部分。避雷器劣化或存在隱患時(shí)，全電流Ix將增大。全電流Ix由電阻性分量Ir和電容性分量Ic組成。避雷器內(nèi)部受潮或電阻片性能劣化時(shí)，Ir反映最靈敏。利用專用檢測(cè)儀器，可采用全數(shù)字化測(cè)量和諧波分析技術(shù)從全電流Ix中分離出阻性電流Ir。當(dāng)阻性電流增加50%時(shí)應(yīng)分析原因，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并適當(dāng)縮短檢測(cè)周期；當(dāng)阻性電流增加一倍時(shí)應(yīng)停電進(jìn)行檢查。

2.4 在線監(jiān)測(cè)

對(duì)避雷器實(shí)施在線監(jiān)測(cè)可以在不停電的情況下隨時(shí)了解避雷器的漏電流變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象和事故隱患，以采取有效預(yù)防措施，防止運(yùn)行中的避雷器發(fā)生故障。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，通常采用總線式結(jié)構(gòu)的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元具備信號(hào)提取、數(shù)字化和處理功能，由后臺(tái)機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和故障診斷。

3 金屬氧化物避雷器的典型缺陷分析

金屬氧化物避雷器的典型缺陷按照部件可劃分為：

a. 本體缺陷。其誘發(fā)原因主要包括發(fā)熱，泄漏電流指示超標(biāo)，0.75U1 mA泄漏電流指示超標(biāo),U1 mA實(shí)測(cè)值與變化值比變化明顯,異常聲響。

b. 外絕緣缺陷。其誘發(fā)原因主要包括破損、外套開裂，硅橡膠憎水性下降，有明顯放電痕跡。

c. 接地引下線缺陷。其誘發(fā)原因主要包括嚴(yán)重銹蝕，接地不良。

d. 引流線缺陷。其誘發(fā)原因主要包括連接部位發(fā)熱，線過(guò)緊。

e. 底座缺陷。其誘發(fā)原因主要包括密封不良、玻璃破裂、進(jìn)水，計(jì)數(shù)器動(dòng)作不正常，模糊、無(wú)法正常觀察。

f. 監(jiān)測(cè)器缺陷。其誘發(fā)原因主要包括絕緣電阻不合格，接觸不良，銹蝕。

g. 連接螺栓缺陷。其誘發(fā)原因?yàn)殇P蝕。

h. 均壓環(huán)缺陷。其誘發(fā)原因主要包括脫落，嚴(yán)重銹蝕、油漆脫范，破損、傾斜、變形。

某省電力公司2011年110 kV及以上電壓等級(jí)避雷器缺陷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1，2011年某省電力公司避雷器缺陷分布情況見圖2。

表1 2011年某省電力公司110 kV及以上電壓等級(jí)避雷器缺陷統(tǒng)計(jì)

缺陷部位誘發(fā)原因缺陷次數(shù)/次500 kV220 kV110 kV合計(jì)百分比/%本體試驗(yàn)超標(biāo)2471314.4過(guò)熱01233.3異響02022.2外絕緣傘裙破損00333.3引流線接頭過(guò)熱01455.6接地引線銹蝕嚴(yán)重01566.7底座裂紋22377.8監(jiān)測(cè)器進(jìn)水24131921.1模糊36192831.1均壓環(huán)開焊04044.5合計(jì)9255690100

圖2 2011年某省電力公司避雷器缺陷分布情況

由表1可知，截至2011年底，某省電力公司運(yùn)行的110 kV及以上電壓等級(jí)避雷器共8 644臺(tái)，全部為金屬氧化物避雷器。共發(fā)現(xiàn)各類缺陷90項(xiàng)，缺陷率為1.04項(xiàng)/(100臺(tái)·a)。其中，危急缺陷2項(xiàng)，占2%；嚴(yán)重缺陷5項(xiàng)，占6%；一般缺陷83項(xiàng)，占92%。

金屬氧化物避雷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部介質(zhì)單一，通常導(dǎo)致最終故障的最主要缺陷是本體內(nèi)部受潮和電阻片老化問(wèn)題[1]。某省電力公司2011年發(fā)生的90項(xiàng)避雷器缺陷中，涉及本體的共有18項(xiàng)，占20%。主要原因是電阻片異常老化。缺陷表現(xiàn)形式包括：過(guò)熱、泄漏電流指示值超標(biāo)、停電試驗(yàn)時(shí)U1 mA或0.75U1 mA下泄漏電流超標(biāo)等[2]。經(jīng)分析認(rèn)為主要是由于密封不嚴(yán)導(dǎo)致進(jìn)水受潮或者電阻片制造質(zhì)量不佳，使電阻片在運(yùn)行電壓下異常老化、劣化。

此外，避雷器附件缺陷近年來(lái)呈上升趨勢(shì)，避雷器附件缺陷有時(shí)也會(huì)引發(fā)故障，應(yīng)引起關(guān)注。從表1可以看出，監(jiān)測(cè)器、底座、均壓環(huán)等附件缺陷占到避雷器總?cè)毕莸?0%以上，反映出部分制造廠家為避雷器配套的附件質(zhì)量低劣，把關(guān)不嚴(yán)。

4 建議

a. 金屬氧化物避雷器故障以受潮和氧化鋅電阻片老化為主，進(jìn)而發(fā)展成為局部放電，甚至爆炸。因此要定期檢查運(yùn)行中的金屬氧化物避雷器是否受潮、老化。

b. 做好紅外成像檢測(cè)和阻性電流帶電檢測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部缺陷，防止避雷器故障。

c. 采取必要的避雷器瓷套防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油。

d. 在電網(wǎng)允許的情況下，停電對(duì)避雷器進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。

e. 金屬氧化物避雷器是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備，應(yīng)嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)器、底座、均壓環(huán)等附件的驗(yàn)收把關(guān)，杜絕不合格產(chǎn)品出廠。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 彭向陽(yáng).廣東省金屬氧化物避雷器運(yùn)行情況分析[J].電瓷避雷器,2007(6):21-25.

[3] 謝忠寶.氧化鋅避雷器事故及運(yùn)行檢測(cè)方法探討[J].廣東電力，2009.22(6)：53-56.