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一起110kV线路避雷器阻性电流增大的原因分析

2020-03-24 09:43:43 《科技资讯》 2020年1期

刘勤锋

摘? 要:针对运行电压下交流泄漏电流带电测试发现的某110kV线路避雷器阻性电流增大明显的问题,先容了该缺陷避雷器的跟踪测试过程,并结合各种测试数据和返厂解体情况,对该线路避雷器阻性电流增大的原因进行分析。通过实践案例分析,为避雷器的运行维护和性能检测提供了宝贵工作经验。避雷器的广泛应用,在有效保护其他设备免受过电压侵害的同时,其自身的健康状况也会直接威胁到电力系统的安全运行。

关键词:线路避雷器? 阻性电流? 增大? 电阻片

中图分类号:TM862 ? ?文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)01(a)-0024-03

避雷器是电力系统中用来保护各种电气设备免受过电压损坏的电气产品,其主要作用是吸取雷电过电压、操作过电压等冲击能量,防止过电压进入变电站及用户而损坏电力设备及用电设备[1-4]。避雷器的广泛应用,在有效保护其他设备免受过电压侵害的同时,其自身的健康状况也会直接威胁到电力系统的安全运行。因此,通过各种带电和停电的测试方法加强避雷器性能诊断,及时发现和消除设备缺陷,意义极其重大。其中,每年雷雨季节前进行一次运行电压下交流泄漏电流测试,是35kV及以上金属氧化锌避雷器的一个重要试验项目[5]。

1? 缺陷避雷器的跟蹤测试情况

某220kV变电站的某110kV线路金属氧化锌避雷器,型号为YH10W5-108/268,于2014年11月投入运行。在2016年3月的避雷器运行电压下交流泄漏电流带电测试中,发现该线路B相避雷器的阻性电流较2015年8月的测试结果增大44%(由0.070mA增至0.101mA)。并于2016年6月的红外线测温中发现该线路B相避雷器的中上部存在局部发热现象(较A、C两相相同位置的温度分别高0.8K、1.7K左右,较其本体其他部位的温度最大高1K左右)。

随后,缩短对该避雷器的运行电压下交流泄漏电流带电测试及红外线测温的试验周期,在一年多的带电跟踪测试中,缺陷现象虽然一直存在但未见恶化迹象。

从以上数据可见,该避雷器投运一年多后阻性电流增大44%,接近南方电网编制的Q/CSG 114002-2011电力设备预防性试验规程中“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”的要求[6];另该避雷器温升达1K左右,根据《DL/T 664-2016带电设备红外诊断应用规范》诊断判据需进行停电试验检查。

2017年9月,对该线路避雷器进行停电试验,发现该B相避雷器的0.75U1mA下泄漏电流为48μA(A、C两相分别为10μA、15μA,试验规程中标准为不大于50μA),另绝缘电阻、直流1mA电压U1mA等试验数据均合格,且与交接等历史数据基本一致。

2? 返厂试验及解体情况

2.1 返厂试验

为了进一步查找设备的缺陷原因,于2018年2月将该缺陷避雷器进行返厂试验及解体分析。解体前,在工频持续电流阻性分量及局部放电测试上,与厂内另一台同类型的正常避雷器做了对比测试,测试结果见表1、表2。

2.2 解体检查情况

完成相关试验项目后,对该避雷器进行解体检查,共拆出氧化锌电阻片32片、铝垫片6片、压紧弹簧3个(分别置于本体的顶部、底部及中间位置)。在外观检查中,除了发现中间弹簧往上的4片电阻片存在表面镀铝层脱落、变色外,其他电阻片外观均无异常。

由于该避雷器的绝缘筒内壁与氧化锌电阻片芯体侧面之间的空隙注采用注入液体树脂填充的处理方式,树脂硬化后绝缘筒和电阻片将固化成一体,导致解体后的电阻片大部分都残缺不全,对其中12片外观完整的电阻片进行直流参考电压U1mA和直流泄漏电流I75%U1mA测试,并无发现异常情况。

3? 影响避雷器阻性电流增大的可能原因

从各试验项目及剖解检查发现,该避雷器有3个明显特征:局部放电信号明显,泄漏电流偏大,发热部位的内部元件的镀铝层已松脱变色以及接触面沾有填充树脂。因此,设备故障的可能原因有以下几方面。

3.1 内部电场不均匀导致局部放电,引发局部发热劣化

(1)氧化锌电阻片的边角破损。为了避免尖端等引起局部电场的不均匀,氧化锌电阻片在生产过程中都必须进行倒角处理。氧化锌电阻片具有陶瓷特性的“硬”和“脆”,在生产和安装过程中很容易由于碰撞等原因造成电阻片的边角破损。

(2)镀铝层工艺不过关。氧化锌电阻片其中的一个重要制造工艺就是将片间的接触面打磨平整,并镀上铝层。接触面打磨不平整,镀铝层不均匀等原因都会导致安装后接触不良引起局部放电。

(3)注胶过程中将树脂注入电阻片间的接触面内。电阻片等部件之间的主回路接触面的接触压力是靠弹簧压紧而产生的。注胶过程中,液体树脂必须具备一定压力才能注入。当电阻片或铝垫片的接触面之间存有缝隙或接触面接触压力小于液体树脂注入时的压力,液体树脂就会注入电阻片等部件的接触面之间,从而导致主回路接触不良,引发局部放电或发热。

(4)注胶过程中产生气泡或缝隙。据厂家先容,该类型避雷器的电阻片芯体与绝缘筒之间的空隙是采用真空注胶,填充胶是从底部注入,但注胶后静置时填充胶往底部沉淀,因此顶部往往出现填充胶不结实的现象。当注胶不均匀或产生气泡,必然引起电场的分布不均匀,严重时将产生局部放电。

3.2 绝缘处理存在缺陷

(1)氧化锌电阻片侧面的绝缘处理存在缺陷。氧化锌电阻片侧面的绝缘处理也是一个重要工艺,除了要均匀喷涂绝缘材料外,还要防止在对接触面镀铝过程中沾上铝粉。如果电阻片侧面的绝缘处理工艺不过关,必将引起泄漏电流增大。

(2)绝缘筒局部劣化。绝缘筒作为支撑和固定的主要部件,运行电压直接加在其两端,正常情况下其本体的泄漏电流将非常小,如果其产品质量存在问题,泄露电流将增大并引起局部发热劣化。

4? 阻性电流增大原因确认

在将近2年的跟踪测试中,该避雷器的缺陷虽一直存在但无恶化迹象,可见这是一个缓慢轻微的内部缺陷。在解体中,中间压紧弹簧靠上的4片电阻片的上下接触面镀铝层均有明显氧化脱落以及变色现象,这与红外热像图中的发热部位相吻合,可以锁定该避雷器的缺陷部位在中间压紧弹簧靠上的4片电阻片上。

中间压紧弹簧靠上的电阻片的下接触面上沾满糊状的填充树脂,可以判断该避雷器在生产过程中存在树脂注入电阻片间的接触面内的现象,这是该设备缺陷的根本原因。由于树脂的注入,导致该接触面接触不良,从而引发局部放电,局部放电产生发热。局放与发热的持续恶化,热量的往上传递,导致中间压紧弹簧靠上的4片电阻片产生镀铝层脱落变色的劣化。

5? 结语

在该起避雷器阻性电流增大的原因分析中,可以发现,避雷器的构造虽简单,但其制造工艺的要求是不可轻视的。对于避雷器的质量检测和日常维护,笔者提出以下建议。

(1)严格把关避雷器出厂试验中局部放电测试的结果。在2010年版氧化锌避雷器国标中,氧化锌避雷器在1.05倍持续运行电压下的局放信号的要求由原来的“不大于50pC”提高到“不大于10pC”[7],国外发达国家也早已实行不大于5pC的要求。局部放电能量虽少,但由于长期存在必将引起局部发热裂化等缺陷,应加强重視。通过严格把关出厂试验中避雷器局放测试结果,从源头有效把控产品的制造质量。

(2)采用带电测试的手段,取代避雷器的计划性停电预防性试验项目。根据20世纪90年代我国电力系统应用统计,110kV及以上国产金属氧化物避雷器事故率0.286相/百相年,其中受潮引起事故占60%;进口设备0.34相/百相年,主要是由于老化、参考电压低、发片温度系数过大和电位分布不均等造成[8]。金属氧化物阀片的阻性电流是判断阀片是否老化或受潮的最常用方法。此外,避雷器的受潮、劣化等缺陷引起阻性电流增大,从而导致发热现象,因此采用红外线测温结合运行电压下交流泄漏电流带电测试的方式完全可及时发现设备缺陷。

参考文献

[1] 李庆玲,王兴贵,李效珍,等.氧化锌避雷器应用一些问题探讨[J].高压电器,2009,45(2):130-132.

[2] 王玉茹.金属氧化物避雷器在35kV电力系统的应用[J].电瓷避雷器,2009(4):34-36.

[3] 李顺尧.金属氧化锌别类器测试方法对比与分析[J].高压电器,2010,46(3):94-97.

[4] 李庆玲,程济兵,王晓燕,等.输电线路避雷器应用研究[J].高压电器,2010,46(4):77-80.

[5] Q/CSG 1206007-2017,电力设备检修预试验规程[S].中国南方电网有限责任企业,2017.

[6] 陈海强.金属氧化物避雷器带电测试浅谈[J].企业技术开发,2011(17):35-36.

[7] GB 11032-2010,交流无间隙金属氧化物避雷器[S].

[8] 吴思源,宋巍,孟庆大,等.避雷器带电测试方法实用性分析与选择[J].华北电力技术,2015(5):13-18.

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