金屬氧化物避雷器老化引起發(fā)熱的事件分析

引言

2017年10月19日,試驗班組在對220kV某變電站110kV某線路避雷器進行日常測溫時,發(fā)現(xiàn)B相避雷器有發(fā)熱現(xiàn)象,較其他相有1.4℃左右的溫差,隨后發(fā)現(xiàn)其阻性電流與其他相相比也有明顯差別。11月6日,在試驗大廳對該組避雷器進行停電試驗,在原始狀態(tài)及清抹表面后均得出B相數(shù)據(jù)不合格的結(jié)果,證實避雷器內(nèi)部故障。隨后對故障避雷器進行解體,發(fā)現(xiàn)外絕緣筒內(nèi)壁、內(nèi)絕緣筒外壁均光滑無水漬,而金屬蓋光亮無氧化銹蝕痕跡,避雷器整體密封性能良好。接著對每塊氧化鋅閥片進行試驗,發(fā)現(xiàn)部分閥片絕緣電阻偏低,75%參考電壓下的泄漏電流過大,初步認為部分氧化鋅閥片存在老化現(xiàn)象,在運行電壓下泄漏電流增大,導致避雷器發(fā)熱。

1帶電測試情況

1.1紅外測試圖譜

由圖1紅外測溫圖譜可以看出,B相避雷器內(nèi)部發(fā)熱,與導線連接處溫度最高。根據(jù)同類比較判斷法,三相運行高壓設備作用于每一相的電壓相同,設備相同部位的正常溫升應該一樣,認為設備存在電壓型致熱故障。根據(jù)紅外圖像,避雷器上半部分溫度升高,懷疑部分閥片非線性特性出現(xiàn)變化,導致避雷器電位分布不平衡,阻性電流和功率輸出不平均使局部發(fā)熱。

1.2阻性電流及全電流測試數(shù)據(jù)

將本次試驗與年初1月數(shù)據(jù)進行對比,發(fā)現(xiàn)A、C相全電流和阻性電流均無較大變化,而B相全電流較1月增長13.7%,阻性電流增長12.8%。雖然阻性電流增長值未達50%的規(guī)程要求,但三相的全電流和阻性電流的不平衡率有所增加,說明設備運行狀況發(fā)生變化[3],考慮到線路避雷器安裝位置較高,更換并運回三相避雷器進行分析。

2停電測試情況

(1）首先進行三相避雷器整體試驗,得出數(shù)據(jù)如表1所示。三相避雷器的絕緣電阻合格,B相避雷器175%l1mA(μA）項目不合格。清抹后仔細觀察避雷器表面,光滑完整且無放電痕跡,排除外絕緣筒外表面泄漏電流的影響,懷疑為內(nèi)部缺陷。隨后對B相避雷器進行解體。

(2）將避雷器分解成外絕緣筒和內(nèi)絕緣筒兩部分,其中氧化鋅閥片包裹在內(nèi)絕緣筒里面。解體后觀察外絕緣筒與上密封蓋的密封性能良好,內(nèi)絕緣筒外壁和外絕緣筒內(nèi)壁無受潮現(xiàn)象和放電點,上密封蓋附近金屬部位光亮無氧化痕跡。對兩部分進行試驗,發(fā)現(xiàn)外絕緣筒絕緣電阻和泄漏電流均無問題,但內(nèi)絕緣筒＋閥片部分的泄漏電流過大,達到87uA,超過50uA的試驗標準。之后對內(nèi)絕緣筒進行解體,B相避雷器解體后試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

(3）將內(nèi)絕緣筒分解成氧化鋅閥片和內(nèi)絕緣筒兩部分,通過觀察得到內(nèi)絕緣筒內(nèi)壁無水漬、放電和灼燒等痕跡,閥片完好且表面釉層白亮呈銀色。因此,對單個閥片進行測試。

該型避雷器由33個氧化鋅閥片組成,全部安裝在內(nèi)絕緣筒里面。對單個閥片進行試驗,發(fā)現(xiàn)其中17個閥片絕緣電阻偏低,I75%U1mA超過50uA,實際上非線性特性已經(jīng)改變,數(shù)據(jù)不合格:另外,還有4個閥片I75%U1mA數(shù)據(jù)處于接近不合格的臨界狀態(tài)。隨后對內(nèi)絕緣筒進行試驗,其絕緣電阻和I75%U1mA數(shù)據(jù)均合格。

(4）分析問題為廠家裝配時選用的氧化鋅閥片U1mA值相差過大,造成設備在運行中加速老化。為驗證猜想,檢查三相閥片裝配時的情況,取銘牌值U1mA為樣本,并對A、C相避雷器進行解體,記錄三相各33塊閥片的U1mA銘牌值為3組數(shù)據(jù),并計算3組數(shù)據(jù)的不平衡率和方差,得出結(jié)果如表3所示。可見,三組閥片的平均值U相間差別不大,但是B組閥片的不平衡率和方差均為3組最大,說明B組閥片U1mA相差幅度最大,且離散程度最高。

表3三相避雷器閥片U1mA數(shù)據(jù)分析

3故障原因分析

(1）外絕緣筒與避雷器上下密封蓋之間的密封性能良好無裂縫,潮氣不易滲入。外絕緣筒表面清抹前后泄漏相差不大,排除表面泄漏影響:內(nèi)壁干燥無爬電現(xiàn)象。經(jīng)過絕緣電阻與直流泄漏電流試驗,數(shù)據(jù)均合格。說明外絕緣筒不是故障原因。

(2）內(nèi)絕緣筒的內(nèi)、外壁特性相似,均呈光滑干燥狀,仔細觀察無水漬、閃絡和灼燒痕跡。通過絕緣電阻與直流泄漏電流試驗,數(shù)據(jù)均合格。說明內(nèi)絕緣筒也不是故障原因。

(3）氧化鋅閥片表面釉層光亮無閃絡痕跡,兩端也沒有發(fā)現(xiàn)大電流通過后的放電斑痕,排除受潮和瞬間大電流造成閥片損壞的可能。在對氧化鋅閥片的絕緣電阻、參考電壓和泄漏電流的試驗中,部分閥片絕緣電阻偏低、I75%U1mA過大,說明閥片的非線性特性已經(jīng)變化。其中22～

3.3號閥片的集體老化,對應紅外觀測到發(fā)熱的位置。綜上,閥片老化是故障原因。

(4）該避雷器2011年出廠,2012年投產(chǎn)。在運行5年時間內(nèi)發(fā)生老化現(xiàn)象,可能原因如下:一是閥片老化特性不好,在運行電壓下閥片提前老化,使阻性電流和功率損耗增大導致發(fā)熱:二是避雷器選配的閥片均一性差。閥片的老化特性不好和均一性差會使避雷器運行電位分布不均,造成部分閥片首先劣化,阻性電流和有功損耗增加。因為電壓不變,其他正常閥片的荷電率增加,負擔加重,老化加快,形成惡性循環(huán)。如果不能及時發(fā)現(xiàn)故障,將有可能因發(fā)熱引起避雷器擊穿,影響電網(wǎng)安全。

4結(jié)論及措施

綜上所述,220kV某站110kV某線B相線路避雷器故障是由于部分氧化鋅閥片老化引起的。據(jù)此,提出建議如下:

(1）合理選擇均一性好、老化特性好的閥片來裝配避雷器。

(2）避雷器投運初期要進行停電試驗。直流1mA參考電壓和75%1mA參考電壓下泄漏電流對閥片老化、進水受潮的缺陷反應比較靈敏。

(3）定期巡視避雷器的泄漏電流監(jiān)測裝置,并將數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較、與同類設備比較,當數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化時,及時通知相關部門確認數(shù)據(jù)變化的原因,避免發(fā)生事故。

(4）定期進行全電流和阻性電流的帶電測試。運行電壓下氧化鋅避雷器的全電流、阻性電流檢測是發(fā)現(xiàn)閥片缺陷的有效方法。特別是在停電試驗周期未到時,進行全電流、阻性電流檢測可以有效降低設備故障風險。當遇到全電流、阻性電流三相不平衡過大的情況時,要進行橫向、縱向?qū)Ρ?及時分析原因。

(5）定期開展避雷器的紅外檢測,對氧化鋅避雷器的老化缺陷判斷有重要的意義。避雷器的發(fā)熱缺陷多為電壓型致熱,此類缺陷產(chǎn)生后,通常為局部發(fā)熱,熱量有限,由于絕緣層的熱傳導系數(shù)的影響,運行電壓下反饋到設備外部的溫度變化較少,因此對此類設備的檢測需要高精度的紅外檢測儀器和耐心細致的觀察對比。