黃志明，湯德寧，滿 洲

（國網(wǎng)天津市電力公司高壓分公司，天津 300232）

0 引言

避雷器作為電力系統(tǒng)中過電壓保護的一種重要設(shè)備，其按外殼材質(zhì)可分為瓷套式、灌式和復(fù)合外套式3類[1]。但是避雷器在運行中若受到設(shè)備的制造工藝、周圍環(huán)境、運維質(zhì)量等因素影響，可能使閥片受潮劣化，其泄漏電流中的阻性分量產(chǎn)生的有功功耗使得閥片的溫度上升，嚴重時會導(dǎo)致避雷器故障，甚至發(fā)生爆炸[2]。目前檢測避雷器的試驗方法主要有停電例行試驗和帶電檢測2種，其中帶電檢測已經(jīng)成為避雷器的主要檢測手段，并取得了很好的成效。本文結(jié)合1例110 kV復(fù)合外套金屬氧化物避雷器在帶電檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷，通過停電試驗和解體證實此避雷器存在設(shè)計缺陷，并提出了運維建議。

1 基本情況

天津某220 kV變電站3號主變110 kV側(cè)復(fù)合外套避雷器型號為HY10WZ-102/266，直流參考電壓U1mA≥148 kV，出廠日期為2011-12-25，于2012-05-26投入運行。避雷器主要由復(fù)合外套、絕緣筒和電阻片芯組構(gòu)成，其中主要結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，電阻閥片芯組結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示。在主要結(jié)構(gòu)中，數(shù)字1～15依次為密封堵頭、O型圈、密封球、端蓋、上定位套、彈簧、導(dǎo)電帶、墊圈、復(fù)合外套、芯組、帶孔鋁墊片、下定位套、鋁墊片、法蘭和開槽平端緊定螺釘；在電阻閥片芯組結(jié)構(gòu)中，數(shù)字1～7依次為上定位軸、橡膠熱塑套、調(diào)整墊塊、金屬調(diào)整塊、電阻片、鋁墊片、下定位軸。

圖1 復(fù)合外套金屬氧化物避雷器結(jié)構(gòu)圖（mm）

2 帶電檢測情況

2021-05-25，進行該避雷器阻性電流和全電流測試，其結(jié)果如表1所示。

表1 2021年運行電壓持續(xù)電流測試數(shù)據(jù)（溫度30 ℃，濕度35%）

根據(jù)全電流與阻性電流測試數(shù)據(jù)可知，該B相避雷器存在異常缺陷，可能由于閥片老化或內(nèi)部受潮導(dǎo)致泄漏電流明顯增大。為了進行縱向比較，查閱2020年的歷史數(shù)據(jù)，其結(jié)果如表2所示。

表2 2020年運行電壓持續(xù)電流測試數(shù)據(jù)（溫度28 ℃，濕度34%）

通過表1和表2的數(shù)據(jù)比較，B相避雷器全電流和阻性電流變化最為明顯，其全電流相比于初值增加了4.32倍，阻性電流相比初值增加了22.5倍。根據(jù)Q/GDW1168—2014《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定，運行電壓下的全電流、阻性電流或功率損耗測量值與初始值比較，彼此應(yīng)無顯著差異。當(dāng)阻性電流增加0.5倍時應(yīng)縮短試驗周期并加強監(jiān)測，增加1倍時應(yīng)停電檢查。而紅外檢測避雷器無明顯異常，同時結(jié)合紫外檢測圖譜，避雷器外表面沒有明顯放電，說明避雷器內(nèi)部可能存在缺陷，需要進行停電檢查，對避雷器進行檢查試驗。

3 停電試驗與解體情況

3.1 絕緣電阻與直流泄漏試驗

2021-06-01對該組避雷器停電進行了診斷性試驗，并與2013-11-08數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果如表3所示。

表3 該避雷器直流泄漏與絕緣電阻試驗數(shù)據(jù)

從表3可以看出，B相避雷器直流1 mA電壓值為127 kV，該避雷器的直流參考電壓值不小于148 kV，0.75倍U1mA下泄漏電流值為106 μA，遠高于標準規(guī)定的50 μA，并對此相避雷器進行主體絕緣電阻測試，測試過程中發(fā)現(xiàn)主體絕緣電阻有明顯吸收過程，雖然主體絕緣電阻符合規(guī)程要求，但對于純阻性設(shè)備來說，并不會有明顯吸收現(xiàn)象。因此，現(xiàn)場初步判斷B相避雷器內(nèi)部閥片受潮可能性較大，不建議運行，應(yīng)立即更換。

3.2 解體情況

為進一步查明該避雷器直流泄漏電壓值低的原因，對該組避雷器進行解體。解體前X光探傷檢測顯示，該避雷器表面無明顯裂紋。解體時，從避雷器的底部沿金具和環(huán)氧筒連接部位橫向切開，切開后發(fā)現(xiàn)避雷器的環(huán)氧樹脂筒與金屬的接觸面上有黃黑色粉末狀物質(zhì)，熱塑護套上有白色物質(zhì)。該避雷器閥片兩段熱塑護套潮濕，壓緊彈簧已經(jīng)疲勞，底部吸濕劑已失效。解體后對該避雷器整體、上段、下段分別進行了絕緣電阻測試，其測試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 避雷器絕緣電阻測試數(shù)據(jù)單位：MΩ

避雷器表面未加屏蔽時，整體的絕緣電阻有明顯的吸收過程，60 s時絕緣電阻為40 000 MΩ，而上段避雷器絕緣電阻為0，下段避雷器絕緣電阻為40 000 MΩ，說明上段避雷器劣化嚴重。同時從表4可以看出，對避雷器表面加屏蔽后，絕緣電阻有明顯提升，說明避雷器絕緣電阻降低系整體受潮導(dǎo)致。由于避雷器內(nèi)閥片與表面熱縮套在測試過程中為并聯(lián)關(guān)系，將熱縮套表面泄漏電流屏蔽后絕緣電阻有明顯提升，從而判斷熱縮套劣化較為嚴重。

為進一步驗證避雷器閥片的絕緣情況，將上段避雷器進一步解體，剖開避雷器表面熱縮套，對取出的17段避雷器閥片依次進行絕緣電阻測試，其測試結(jié)果如表5所示。

表5 上段閥片單片絕緣電阻測試數(shù)據(jù)

正常避雷器閥片絕緣電阻值應(yīng)大于1 000 MΩ，表5的測試結(jié)果表明，上段避雷器內(nèi)所有閥片都出現(xiàn)了不同程度的絕緣電阻下降，為進一步驗證絕緣電阻下降是否由受潮引起的，對這上段的所有閥片都進行熱風(fēng)機風(fēng)干，冷卻一定時間后再次進行絕緣電阻測試。對閥片進行表面風(fēng)干后，閥片絕緣電阻均有明顯上升，其中第五片閥片受潮最為嚴重，表明閥片本身系嚴重受潮導(dǎo)致絕緣電阻下降。30 min后閥片的絕緣電阻再次下降是由于閥片表面風(fēng)干后內(nèi)部潮氣再次擴散到表面或閥片表面再次吸潮。

在對閥片進行絕緣電阻試驗過程中發(fā)現(xiàn)，上段避雷器表面熱縮套不斷析出膠狀液體，將上段避雷器閥片拆下來的熱縮護套進行絕緣電阻測試，測試結(jié)果僅為15 MΩ。為了進行對比，取1塊全新絕緣橡膠護套進行絕緣電阻測試，測試結(jié)果大于100 000 MΩ，綜合判斷上段避雷器表面熱縮套出現(xiàn)明顯受潮老化。

經(jīng)解體分析確認，避雷器頂部閥片存在劣化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致閥片絕緣性能降低，運行中存在避雷器阻性電流異常情況。

4 原因分析

從以上解體的結(jié)果分析得知，避雷器上段閥片劣化是導(dǎo)致運行中避雷器阻性電流異常的主要原因。避雷器閥片劣化可能的原因[3-5]分析如下。

a）在正常運行電壓、操作過電壓、雷擊過電壓下，避雷器的閥片均會發(fā)熱，該熱縮護套包圍在閥片的外部，因此大部分熱量需要通過熱縮護套、復(fù)合絕緣外套傳輸至外部。在熱量傳輸?shù)倪^程中會加速熱縮護套的老化，導(dǎo)致避雷器絕緣性能下降。

b）避雷器在運行過程中，由于加工工藝控制不嚴，頂部金具和環(huán)氧筒連接部位出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致避雷器內(nèi)部進潮，底部吸濕劑失效，避雷器內(nèi)部電導(dǎo)性增加。同時，由于內(nèi)部電場分布不均而出現(xiàn)局部放電，上段避雷器閥片表面熱縮套首先在表面局部放電，在濕氣作用下進一步發(fā)生電化學(xué)老化，熱縮套絕緣性能發(fā)生變化，出現(xiàn)嚴重吸潮與老化現(xiàn)象，導(dǎo)致避雷器絕緣性能明顯下降。

c）隨著上節(jié)避雷器閥片表面熱縮套絕緣性質(zhì)的劣化和內(nèi)部吸潮程度逐漸加深，水分侵入至避雷器閥片內(nèi)部，引起避雷器閥片受潮，導(dǎo)致閥片絕緣性能下降。

5 結(jié)論

a）結(jié)合紅外測溫、紫外檢測與運行中持續(xù)電流檢測，能夠檢測閥片受潮或者老化等缺陷，但是熱縮護套缺陷不易被檢測出，同時應(yīng)采取一些其他的帶電檢測手段進行綜合判斷，如超聲波局放、特高頻局放檢測，必要時應(yīng)停電進行直流泄漏試驗。

b）在本次試驗中，發(fā)現(xiàn)避雷器閥片表面熱縮套絕緣性質(zhì)劣化嚴重會直接導(dǎo)致避雷器整體絕緣性質(zhì)下降，這也對今后避雷器設(shè)備選型做出了一定指導(dǎo)，應(yīng)避免選用閥片表面被熱縮套包圍的結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)有如下缺點：一是閥片發(fā)熱難以很快傳輸至避雷器外套外面，導(dǎo)致紅外測溫檢測很難及時發(fā)現(xiàn)避雷器缺陷；二是熱縮護套在運行中本身也會發(fā)生絕緣老化現(xiàn)象，一旦其絕緣水平下降，將會發(fā)生閃絡(luò)擊穿。

c）避雷器是變電站必不可少的重要設(shè)備之一，其能否穩(wěn)定運行直接影響主設(shè)備的安全[6]。由于設(shè)備停電周期較長，運行人員應(yīng)積極開展帶電檢測工作，對35 kV及以上電壓等級避雷器每年雷雨季節(jié)前后開展泄漏電流測試[7-9]，及時掌握避雷器的運行狀態(tài)，避免設(shè)備故障的發(fā)生。