氧化锌避雷器缺陷的检测与分析

氧化锌避雷器缺陷的检测与分析

阙伟平

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东省东莞市523000）

摘要：氧化锌避雷器，是利用氧化锌电阻的非线性特性而设计的一种可靠的电力系统保护装置，用以防范因雷电过操作电压而引起的过电压破坏。但在实际使用过程中，氧化锌避雷器在承受暂态过电压上的能力不足，主要源于内部的密封和关键元件老化，以及绝缘套的污染问题等。可以通过绝缘电阻检测的方法对避雷器故障进行初步判断，但为了更加准确地排查故障，在线的直流泄漏检测更为可靠。为了预防和排查避雷器缺陷，要针对使用需求选择合理的避雷器参数，并在运行过程中及时排查并修复故障点。

关键词：氧化锌避雷器；缺陷；检测分析

作为一种性能良好的电压保护装置，氧化锌避雷器在电力系统中得到了广泛的应用，是目前性能最好、发展较快的避雷器装置。利用氧化锌阀片的非线性电阻特性，可以限制电路的过电压，保障电力系统的安全，提高经济效益。在实际应用过程中，氧化锌避雷器仍然存在一些典型缺陷，对电力系统安全形成威胁。因此，全面分析其缺陷特点，提高对问题的检测水平，是加强避雷器防护效果的重要手段。

1氧化锌避雷器概述及主要缺陷分析

1.1氧化锌避雷器的原理与分类

氧化锌避雷器利用了氧化锌的电阻的非线性特性。在正常工作时，氧化锌阀片呈现出极大的电阻特性，使得整体近似于绝缘体，不能导通电流；当作用于阀片上的电压幅值超过额定安全电压限度时，氧化锌阀片的电阻呈现非线性减小，很快降到极小的电阻值，使得阀片导通，将电路中的过大电流导入大地，因而起到了保护电力系统的作用。从产品结构上，可以将氧化锌避雷器分为GIS型避雷器、瓷套型避雷器、复合外套型避雷器和油浸避雷器等。

1.2暂态过电压的承受能力缺陷

氧化锌避雷器本身是针对能量有限的过电压状况而设计的，对于雷电过电压或操作过电压，能够起到很好的泄流限压作用。但当过电压的能量较大，如因断路器操作或发生短路故障时，电路会出现暂态过电压，电压升高状态持续一段时间，使得避雷器的保护动作长时间反复进行，严重时导致装置损坏。避雷器对暂态过电压的承受能力差，是引发避雷器损坏的常见原因。

1.3密封材料缺陷

避雷器的密封主要是为了阻隔水分，防止内部元件受潮。但部分避雷器在生产过程中，对阀片等关键元件没有彻底烘干，密封垫圈也没有按照规范进行安装，使得密封表面出现微孔，导致水分的渗入。另外，当外界温度变化较大时，密封垫圈也会老化损坏，使得内部受潮。

1.4绝缘套的污染问题

当电力系统位于高污染的厂矿企业周围时，严重的粉尘污染会使得绝缘套表面积累污秽。如果不仅及时予以清除，就会导致电阻片的表面电阻发生变化，进而使得电流分布不均。绝缘套污染是尤其需要避免的问题，当流过电阻片的电流过大时，电阻片的温度升高使得其对过电压的承受能力下降，严重时可能引起爆炸。

2避雷器的主要检测手段

2.1绝缘电阻检测

为了判断避雷器内部是否发生受潮或污染老化，需要对避雷器的绝缘电阻进行检测。老化或受到污染，会涉及避雷器内部绝缘构件的电阻发生不均匀变化，导致元件通过电流过大，发热增加，进而导致装置破坏。然而，在进行绝缘电阻的检测过程中，存在较多的外在干扰因素，使得结果的准确性不佳。往往只能成为故障诊断的参考数据，而不能对故障进行准确判断。因此绝缘电阻检测往往只在交接试验时使用。

2.2直流泄漏检测

为了确定电阻片的持续运行电压的峰值与直流参考电压的比值，需要对避雷器在额定电压下的泄漏电流进行检测，常用的检测方法包括安装避雷器检测器，或者利用高精度钳形电流表进行测试。直流泄漏关系到避雷器动作性能是否良好，正常的避雷器在额定电压下泄漏电流不超过50微安，在0.75倍额定电压下的泄漏电流在20微安以下。通过分析历次直流泄漏的检测数据，可以判断避雷器内部的老化情况，当阀片出现加速老化趋势时，就需要及时进行检修。在进行直流泄漏检测时，需要采取措施排除干扰,减小误差：在试验前进行空升可以排除引线泄漏带来的误差；将瓷裙表面擦拭干净，烘干并加屏蔽措施可以消除表面泄漏电流的影响；考虑到氧化锌压敏电阻片的温度系数，必要时还需要进行温度换算。对直流泄漏进行检测的方法较为简便，可以更为确定地发现避雷器的劣化状况，但对其早期的老化反应并不十分灵敏。

3避雷器缺陷典型案例分析

某供电局220kV变电站发生1号主变压器停运以及U相避雷器损坏故障。调阅避雷器的在线监测数据发现，该避雷器在主变压器操作过程中并没有动作，且自从投入运行以来均未曾动作，不可能是由于吸收过大电流造成的；查看最近一次的预防性试验数据，发现避雷器检测数据良好，事先并没有发生明显故障。对避雷器进行拆解试验后，首先观察避雷器各个密封位点是否有明显的异常，发现避雷器可能存在的密封缺陷包括：密封圈因老化而出现厚度不一致，部分密封圈的安装存在轻微错位，但密封缺陷所造成的影响有限，内部也没有发现明显的受潮损坏故障。从对阀片的拆解情况看，大部分阀片已经明显被工频电流击穿甚至开裂，剩余少数结构完好的阀片也存在电流击穿点。对各个绝缘部件进行电阻测试发现，结构部件如绝缘杆、绝缘筒等部位的绝缘性也没有遭受明显破坏。因此得出结论：避雷器的损坏最大可能来源于阀片老化或密封破坏，导致避雷器本身不能承受暂态过电压，导致阀片被击穿破坏。

4避雷器缺陷的防范措施

4.1选择合理的避雷器参数

氧化锌避雷器的额定电压、持续运行电压与极限吸收能量是保证避雷器正常运行的重要参数，需要进行慎重选择。氧化锌避雷器的额定电压是运行特征的参数，代表避雷器的耐受工频电压能力。在《交流无间隙氧化锌避雷器》（GB11032-89）中定义为“施加到避雷器端子间最大允许工频电压有效值”，GBJ64-83修订中对3~66KV无间隙金属金属物避雷器的额定电压规定Ur=1.4Um，更符合实际的运行情况；持续运行电压也是一项重要特征参数，对避雷器运行的可靠性有很大影响。在3~66KV中性点不接地系统中，应当将持续运行电压取值为1.1Um，或取为0.8Ur；在3~66KV系统中开断并联电容器时，高压端对地出现的过电压约可达到4~5倍的相电压。当已知避雷器的2ms方波冲击电流所对应的残压U2ms时，可按通流容量法验算所选避雷器是否满足容量为Q的并联补偿装置的放电要求。已知避雷器极限吸收能力W`m时，也可按耗散能量核算法进行验算；系统中的其它参数不变时，通流容量I2ms与电容器容量Q间可建立对应关系。

4.2加强产品运行监测

加强产的结构设计、密封，严格管理总装环境。对于产品运行过程中出现的故障要及时记录并反馈，以促进避雷器产品的质量改进。另外，要按照国家的检测规定对避雷器产品缺陷进行检测，保证产品在投入运行时的完好性。为了防止出现故障时的事态扩大，可以在避雷器上装设脱离器，一旦发生损坏或爆炸，将其及时与电力系统脱离。

5.结语

总而言之，要想加强氧化锌避雷器缺陷的检测与分析手段，要根据氧化锌避雷器的设计特性入手，从使用经验中分析避雷器的常见故障原因。在实际发生故障时，根据故障元件的拆解状况进行分析，排查密封、阀片或绝缘套等关键元件的损坏状况，进而分析事故原因。本文针对常见缺陷与主要检测手段进行分析，对相关工作的改进具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]周哲,乔冬升,黄玉龙,等.带电检测技术发现220kV氧化锌避雷器缺陷的典型案例分析[J].电工技术,2017(10):74-75.

[2]隋恒,陈虎,孙圣凯.氧化锌避雷器内部受潮缺陷的检测和分析[J].电力安全技术,2016,18(12):32-34.