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(yàn)班組在對(duì)220Ak某變電站110Ak某線路避雷器進(jìn)行日常測(cè)溫時(shí),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(yàn)大廳對(duì)該組避雷器進(jìn)行停電試驗(yàn),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(shí)避雷器內(nèi)部故障。隨后對(duì)故障避雷器進(jìn)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(wú)水漬,而金屬蓋光亮無(wú)氧化銹蝕痕跡,避雷器整體密封性能良好。接著對(duì)每塊氧化鋅閥片進(jìn)行試驗(yàn),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(guò)大,初步認(rèn)為部分氧化鋅閥片存在老化現(xiàn)象,在運(yùn)行電壓下泄漏電流增大,導(dǎo)致避雷器發(fā)熱。

1帶電測(cè)試情況

1.1紅外測(cè)試圖譜

由圖1紅外測(cè)溫圖譜可以看出,B相避雷器內(nèi)部發(fā)熱,與導(dǎo)線連接處溫度最高。根據(jù)同類(lèi)比較判斷法,三相運(yùn)行高壓設(shè)備作用于每一相的電壓相同,設(shè)備相同部位的正常溫升應(yīng)該一樣,認(rèn)為設(shè)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(dǎo)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(cè)試數(shù)據(jù)

將本次試驗(yàn)與年初1月數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)A、C相全電流和阻性電流均無(wú)較大變化,而B(niǎo)相全電流較1月增長(zhǎng)13.7%,阻性電流增長(zhǎng)12.8%。雖然阻性電流增長(zhǎng)值未達(dá)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(shuō)明設(shè)備運(yùn)行狀況發(fā)生變化,考慮到線路避雷器安裝位置較高,更換并運(yùn)回三相避雷器進(jìn)行分析。

2停電測(cè)試情況

(1）首先進(jìn)行三相避雷器整體試驗(yàn),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I_{75%U1mA（μA）}項(xiàng)目不合格。清抹后仔細(xì)觀察避雷器表面,光滑完整且無(wú)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(duì)B相避雷器進(jìn)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(wú)受潮現(xiàn)象和放電點(diǎn),上密封蓋附近金屬部位光亮無(wú)氧化痕跡。對(duì)兩部分進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)外絕緣筒絕緣電阻和泄漏電流均無(wú)問(wèn)題,但內(nèi)絕緣筒＋閥片部分的泄漏電流過(guò)大,達(dá)到87μA,超過(guò)50μA的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。之后對(duì)內(nèi)絕緣筒進(jìn)行解體,B相避雷器解體后試驗(yàn)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(guò)觀察得到內(nèi)絕緣筒內(nèi)壁無(wú)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(duì)單個(gè)閥片進(jìn)行測(cè)試。

該型避雷器由33個(gè)氧化鋅閥片組成,全部安裝在內(nèi)絕緣筒里面。對(duì)單個(gè)閥片進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其中17個(gè)閥片絕緣電阻偏低,I_75%U1mA超過(guò)50μA,實(shí)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(gè)閥片I_75%U1mA數(shù)據(jù)處于接近不合格的臨界狀態(tài)。隨后對(duì)內(nèi)絕緣筒進(jìn)行試驗(yàn),其絕緣電阻和I_75%U1mA數(shù)據(jù)均合格。

(4）分析問(wèn)題為廠家裝配時(shí)選用的氧化鋅閥片U_1mA值相差過(guò)大,造成設(shè)備在運(yùn)行中加速老化。為驗(yàn)證猜想,檢查三相閥片裝配時(shí)的情況,取銘牌值U_1mA為樣本,并對(duì)A、C相避雷器進(jìn)行解體,記錄三相各33塊閥片的U_1mA銘牌值為3組數(shù)據(jù),并計(jì)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?？梢?jiàn),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(shuō)明B組閥片U_1mA相差幅度最大,且離散程度最高。

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(wú)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(wú)爬電現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)絕緣電阻與直流泄漏電流試驗(yàn),數(shù)據(jù)均合格。說(shuō)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(xì)觀察無(wú)水漬、閃絡(luò)和灼燒痕跡。通過(guò)絕緣電阻與直流泄漏電流試驗(yàn),數(shù)據(jù)均合格。說(shuō)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(wú)閃絡(luò)痕跡,兩端也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大電流通過(guò)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(duì)氧化鋅閥片的絕緣電阻、參考電壓和泄漏電流的試驗(yàn)中,部分閥片絕緣電阻偏低、I75%U1mA過(guò)大,說(shuō)明閥片的非線性特性已經(jīng)變化。其中22～33號(hào)閥片的集體老化,對(duì)應(yīng)紅外觀測(cè)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(yùn)行5年時(shí)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(yùn)行電壓下閥片提前老化,使阻性電流和功率損耗增大導(dǎo)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(huì)使避雷器運(yùn)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?yàn)殡妷翰蛔?其他正常閥片的荷電率增加,負(fù)擔(dān)加重,老化加快,形成惡性循環(huán)。如果不能及時(shí)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(lái)裝配避雷器。

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

(3）定期巡視避雷器的泄漏電流監(jiān)測(cè)裝置,并將數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較、與同類(lèi)設(shè)備比較,當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化時(shí),及時(shí)通知相關(guān)部門(mén)確認(rèn)數(shù)據(jù)變化的原因,避免發(fā)生事故。

(4）定期進(jìn)行全電流和阻性電流的帶電測(cè)試。運(yùn)行電壓下氧化鋅避雷器的全電流、阻性電流檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)閥片缺陷的有效方法。特別是在停電試驗(yàn)周期未到時(shí),進(jìn)行全電流、阻性電流檢測(cè)可以有效降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)遇到全電流、阻性電流三相不平衡過(guò)大的情況時(shí),要進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?及時(shí)分析原因。

(5）定期開(kāi)展避雷器的紅外檢測(cè),對(duì)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(lèi)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(dǎo)系數(shù)的影響,運(yùn)行電壓下反饋到設(shè)備外部的溫度變化較少,因此對(duì)此類(lèi)設(shè)備的檢測(cè)需要高精度的紅外檢測(cè)儀器和耐心細(xì)致的觀察對(duì)比。