一起220kV变电站氧化锌避雷器泄露电流超标分析

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　　摘要：本文研究了氧化锌避雷器常见的泄漏电流产生原因以及测量方法，针对某220kV变电站氧化锌避雷器泄漏电流超标案例展开了分析，找出了故障原因。
　　关键词：氧化锌避雷器;泄漏电流;超标
　　0 引言
　　避雷器是电力系统重要的保护电器，它能有效地限制电网过电压幅值，从而保护电气设备免遭过电压危害。避雷器性能的优劣不仅对电气设备的安全运行有重大影响，而且对电力系统的经济效益有显著的影响。电力系统使用的避雷器主要有传统的带间隙碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器两种。
　　自20世纪70年代以来，各国对氧化锌避雷器进行了深入的研究，促进了氧化锌避雷器在电力系统的快速发展。氧化锌避雷器由一个或并联的两个非线性电阻片叠合圆柱构成。在并联的两个圆柱中，非线性电阻片被仔细地加以匹配以保证放電电流的均匀分配。
　　1 泄漏电流产生原因
　　（1）阀片老化
　　长时间承受工频过电压和高电压雷击冲击氧化锌内部阀片会发生老化现象，非线性电阻特性下降，其在小电流区的伏安特性曲线会发生右移，正常情况下流过避雷器的泄漏电流会逐渐增加，阀片温度也会随之上升，温度上升又会使得阀片的非线性特性下降，从而进入一个老化死循环，温度升高到一定值时避雷器性能会大幅下降，失去过电压保护作用，严重时更会发生热击穿事故，对电网带来严重影响。
　　（2）内部受潮
　　当氧化锌避雷器绝缘外套密封不良受潮时，泄漏电流流过氧化锌电阻阀片造成阀片温度升高，使得受潮水分变成水蒸气存在于避雷器内腔中，当周围温度下降，内腔中的水蒸气会受冷液化凝聚在避雷器内部的电阻阀片和瓷套内部上，造成电阻阀片泄漏电流增大以及瓷套闪络电压降低。当潮气增多到一定数量时，泄漏电流快速增大，增大后的电流一部分在阀片外侧放电，一部分在受潮阀片内部放电，当放电达到一定强度时会导致阀片发生热崩溃而破裂，甚至引起避雷器爆炸造成严重事故。
　　（3）瓷套表面污秽
　　暴露在室外的氧化锌避雷器瓷套外表面容易发生污秽，尤其是雨雪等湿度大的天气，污秽情况更加严重。发生污秽现象时流过避雷器的泄漏电流将明显增大，其原因是泄漏电流中包含了瓷套表面污秽产生的污秽泄漏电流。随着污秽程度的增加，污秽泄漏电流数值也会从微安级增加到毫安级。发生污秽时，氧化锌避雷器等效电路可以看作是在非线性电阻旁并联了一个分流电阻。
　　（4）局部放电
　　氧化锌避雷器正常运行下，其阀片与避雷器外瓷套之间的径向电位相差不大。当外部瓷套发生污秽或内部阀片受潮时，外瓷套的电位分布将发生改变，电位分布不再均匀，内部阀片与外瓷套之间存在较大的径向电位差，当该电位差大于一定数值时，内部阀片与外瓷套之间将发生径向局部放电，放电产生脉冲电流。
　　2 泄漏电流监测方法
　　（1）全电流法
　　氧化锌避雷器老化、受潮，阻性泄漏电流增加，全电流随之增加，监测全泄漏电流的变化在一定程度上可以判断阻性泄漏电流的变化情况。但正常运行时，氧化锌避雷器全电流的阻性分量只占容性分量的一成左右，且两者基波相位差90°，使得全电流的有效值或平均值主要取决于容性电流分量，即便是阻性电流翻倍，全电流的变化也不太明显。因此，监测氧化锌避雷器的全泄漏电流没有太大优势，只有严重受潮或老化情况才能表现出明显变化。
　　（2）三次谐波阻性电流法
　　经由三相接地线上的小互感器得到三次谐波阻性电流，通过其与阻性电流的关系求取阻性电流。方法简单、快捷，但存在测量准确性低、很难判断三相中哪一相故障及无法排除电网中谐波对测量结果的影响等缺点。
　　（3）容性电流补偿法
　　计算补偿系数，在全电流中把容性电流补偿掉，得到阻性电流。最主要的缺点是很难克服氧化锌避雷器相间干扰引起的测量误差，使得求取的阻性电流将与实际值产生偏差。
　　3 案例分析
　　2019年4月12日，某220kV变电站全站设备放电声音明显增大，多个间隔氧化锌避雷器三相泄漏电流超标3倍左右，35kV系统避雷器泄漏电流超标2倍左右，220kV系统避雷器泄漏电流超标1.2倍左右，夜间巡视可见明显放电。
　　针对避雷器泄漏电流异常情况，采用带电检测方法。在测量的过程中，主要采取以下几点措施来屏蔽外界因素的干扰：首先将该组避雷器拆下来，使其与其他设备完全断开;然后将避雷器的外套上的污秽物彻底清洁干净并风干;在试验的时候将试验高压引线与避雷器的夹角几乎成90°，并加以屏蔽。经过排除各种外界因素处理后，该组避雷器的泄漏电流虽然大多数在合格范围内，但是与交接试验数据相比较存在明显的上升趋势。因此初步判断该组避雷器存在老化的趋势，避雷器本身存在缺陷，在电力安全生产中带来运行事故隐患。
　　为了进一步查明原因，联合厂家对泄漏电流变化最大的避雷器进行返厂解体检查。首先打开避雷器的金属顶盖，未发现避雷器有放电的痕迹以及受潮的迹象。再解开避雷器的绝缘外套，仔细观察也没有任何放电的痕迹，避雷器的氧化锌阀片也没有受潮的迹象。初步排除密封不良、绝缘外套、联接金具、装配工艺等因素。把避雷器完全解体后，分别测量每一个电阻片元件的直流参考电压和直流泄漏电流，发现有16片电阻阀片的泄漏电流≥30μA的，占总数的48.5%。
　　而厂家提供没有投运过的电阻阀片正常的泄漏电流在10～30μA之间。最终确定是由于部分电阻阀片的直流参数发生变化导致避雷器的直流泄漏电流超标的。经检查，该批避雷器用电阻片主要为2013年生产，经对2013年以来电阻片生产发生变化的全部工艺进行逐项分析、排查，发现在电阻片生产过程中由于供电不足曾频繁停电，致使热处理炉温均匀性变差，这是电阻片直流小电流特性不稳定的主要因素。其导致电阻片微观组织结构发生不同程度变化，填隙锌离子数量增加，晶界区域的离子迁移速度提高，引起肖特基势垒畸变加大，在系统持续运行电压和过电压作用下，直观表现为泄漏电流显著增加。
　　4 结论
　　由以上分析可知，该变电站220 kV氧化锌避雷器直流泄漏电流超标是由于避雷器里面的部分电阻阀片在生产过程的工艺出了问题所导致的。这一次的事故分析，及时发现了产品本身的缺陷，防止进一步发展成为事故。在变电站日常运维过程中，必须重视避雷器泄漏电流超标情况，尽可能采取有效措施减小避雷器泄漏电流，以保证变电站的安全可靠运行。
　　参考文献
　　[1]余喆，蓝道林，董树礼，汪桢毅，王祝露. 一起避雷器泄漏电流异常增大特殊案例分析[J]. 浙江电力，2018，37（05）：38-43.
　　[2]陈钊炜. 避雷器泄漏电流超标原因分析及处理措施[J]. 机电信息，2012（21）：100-101.
　　作者简介
　　梁暖祥（1975-），男，本科，助理工程师，高级技师，从事变电运行工作，
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