广东电网有限责任公司东莞供电局 陈浩盟

1 引言

电气设备在运行中经常会受到各种过电压作用而发生劣化、局放甚至击穿现象，避雷器作为重要的一次设备，可快速释放过电压产生的能量，保护设备不受损坏。金属氧化锌避雷器因其具有良好的非线性伏安特性，目前被广泛应用于电力系统中[1]。在设备正常运行时，流过避雷器本体的主要为容性电流，而在遭受长期过电压和大气环境的综合作用后，其氧化锌阀片会慢慢老化，造成阻性电流大幅增加，引起避雷器局部发热，严重时会发生闪络击穿，对电网安全造成极大隐患。因此，平时定期对避雷器进行试验，及时发现异常现象，对电网的安全运行起着举足轻重的作用[2]。

2 案例分析（带电测试情况）

笔者在进行某110kV变电站全站避雷器带电测试时，发现其110kV甲元线线路避雷器A相全电流和阻性电流都有逐年增长趋势，表1为具体试验数据。

从表1中数据可以看出，到了2020年，A相避雷器阻性电流相对于2015年首年预试时已增长1.02倍，根据电力设备检修试验规程中有关避雷器运行电压下的交流泄漏电流带电测试的规定：测量值与初始值比较，当阻性电流增加50%时应该分析原因，加强监测、适当缩短检测周期；当阻性电流增加1倍时应停电检查。可以判断，110kV甲元线线路避雷器A相应进行停电检查试验。

表1 110kV甲元线线路避雷器带电测试数据

3 停电试验情况

3.1 设备基本信息

110kV甲元线线路避雷器为110kV复合外套金属氧化物避雷器，型号为YH10W1-108/268W，其额定电压为108kV，持续运行电压为84kV，直流1mA参考电压为不小于157kV，0.75倍直流1mA参考电压下漏电流要求值为不大于50uA。该避雷器由复合绝缘子伞裙护套和避雷器芯体组成，复合绝缘子伞裙护套为芯体的保护外壳，将芯体与外部环境隔离开来，以防其受潮和沾染污秽。避雷器芯体为承受运行电压和泄放雷电流的核心部位，由压紧弹簧、避雷器阀片、填充晶沙和芯体热缩套组成[3]。热缩套为避雷器芯体的第二层防护，起到了压紧内部构件的作用，该避雷器具体结构如图1所示。

3.2 停电试验过程

笔者于2020年5月11日对避雷器进行了停电试验，项目包括本体及底座绝缘电阻、直流1mA参考电压U1mA及0.75倍U1mA下的泄漏电流，详细试验数据见表2。

表2 110kV甲元线线路避雷器停电试验数据

由试验数据可以看出，三相避雷器的本体及底座绝缘电阻、直流1mA参考电压都合格，B、C两相0.75U1mA下的泄漏电流值合格，A相泄漏电流不合格，为进一步查明避雷器异常原因，决定对110kV甲元线A相线路避雷器进行返厂检查。

4 返厂检查试验情况

2020年5月15日，A相避雷器进行了返厂检查，厂家对异常避雷器进行了整体和各部件试验，具体过程如下。

4.1 避雷器整体试验

试验人员对避雷器外观进行了观察和评估，发现其复合外套未发生锈蚀、腐化及破损现象，外套胶合处连结良好，未发生裂纹。其后，对避雷器进行了密封性检查，试验合格。

4.2 避雷器各部件检查

为进一步查找避雷器异常情况，厂家对避雷器进行了解体，检查各部件性能情况。首先，切开避雷器底部，倒出避雷器内部用于灭弧的晶砂，观察发现晶砂无积水受潮情况，旋开避雷器顶部，取出滚珠轴承、压紧弹簧等部件发现表面无受潮及放电痕迹（图2c、图2e），芯体表面的热缩套管无积水、无放电痕迹，但底部阀片存在明显的氧化痕迹（图2f）。

切开芯体的热缩套取出避雷器内部氧化锌阀片（共37片）及支撑铜管，观察是否存在水气等受潮现象，其中避雷器芯体底部第37号阀片底部有明显的氧化痕迹（图2f），其他阀片表面均无破损、受潮及灼烧痕迹（图2c），铜管基本无生锈（图2d）。避雷器各部件情况如图2所示。

4.2.1 各部件物理性能试验

其后，厂家对避雷器各部件进行了物理试验，包括伞裙护套、热缩管、晶砂泄漏电流试验，晶砂含水量测试，避雷器阀片泄漏电流、长持续时间冲击电流耐受试验、大电流冲击耐受试验。试验结果表明，避雷器外护套绝缘性能良好，晶沙含水量合格。但有26片阀片泄漏电流不合格，超过整体数量的2/3。部分不合格电阻片试验数值见表3。

表3 避雷器阀片泄漏电流试验

4.2.2 电阻片长持续时间电流耐受试验

取直流泄漏电流最高的5片电阻片（#8、#9、#20、#23、#37）进行长持续时间电流耐受试验，将5片电阻片置于分布常数冲击发生器回路中，开展3×6共18次2ms方波电流冲击，18次放电动作分为6组，每组3回。每两回动作间隔时间为50～60s，每两组试验时间间隔为使试品冷却到接近环境温度的时间。环境温度为25℃（要求20℃±15K），试验结果见表4。

表4 长持续时间电流耐受试验

由表4中数据可以看出，除拆解下来本就发黑、氧化的第37片电阻片在第二组方波电流冲击中发生炸裂外，其余阀片只是泄漏电流略有增加，但未发生闪络、击穿现象。发生炸裂的第37片阀片表现为铝层破坏，整体裂开，说明第37号阀片劣化严重，已不具备通流能力。

4.2.3 大电流冲击耐受试验

将电阻片（除方波试验炸裂的#37阀片外）置于大电流冲击试验回路中，施加4/10μS雷电冲击电流，雷电冲击电流的视在波前时间为3.5～4.5μS，视在波尾半峰值时间为9～11μS。该试验中电阻阀片将承受两次雷电冲击，在第一次大电流冲击之后，待电阻片冷却到环境温度后再进行第二次试验，观察两次试验中阀片是否有击穿、闪络现象。本试验在25℃（要求20℃±15K）环境中进行，试验结果见表5。

表5 大电流冲击耐受试验

从表5中数据可以看出，所有电阻片未通过大电流冲击，表明该避雷器已不具备承受过电压能力。

4.3 返厂试验结论

从以上试验可以看出，该避雷器外护套物理性能良好，未发生受潮现象。但半数以上避雷器阀片已发生劣化，劣化后的电阻片已不具备大电流通流能力，而第#37片阀片未通过方波电流试验，不能长时间投入运行。结合避雷器用监测仪计数器动作次数28次的情况，表明该避雷器已遭受过多次过电压、过电流、雷击或谐波的冲击而发生锐化。

5 总结及下一步计划

造成电阻片泄漏电流偏大的根本原因是，在电场及热应力作用下电阻片中离子的迁移、扩散及逸出，引起界面密度的降低，从而降低了晶界势垒高度，导致小电流区域的特性恶化，致使电阻片的直流参考电压（U1mA）降低和泄漏电流增大（0.75Is）。电阻片电气性能的蜕变，不仅与动态电场有关，还与保护过程中引起的热过程有关，电阻片在受到短时高能量密度的雷电流冲击及长时间的持续电流作用后，其电气性能会降低同时引起局部发热，导致进一步劣化。基于避雷器对主变等关键电气设备安全运行的重要性，为在事故发生之前及时发现缺陷，应做好以下工作：

一是持续关注同批次避雷器带电测试过程阻性电流的变化及趋势，如发现电流增长异常及时开展停电检查，并做好备品更换的准备。

二是加强该站避雷器红外测温，关注电压致热型设备温差变化，及早发现缺陷、隐患。

三是对比监测仪计数器动作次数频繁的避雷器，需要重点监测，如果检测和监测值超过标准，应及时退运行，对避雷器进行全面电气性能评估后再进行使用[4-5]。

四是加强避雷器的日常巡视，做好泄漏电流数据趋势分析；针对高低温、雨雪等恶劣天气前后加强红外精确测温，及早发现缺陷、隐患。重点加强对监测仪计数器动作次数较多的避雷器进行重点监控。