氧化锌避雷器的试验项目及常见故障原因分析

易 冉

0 引言

氧化锌避雷器（以下简称MOA）是当今最为先进的限制过电压的保护电器，它具有非线性特性好、通流容量大、放电无延迟、无工频续流等诸多优点［1］，因而被广泛用于各个电压等级的电力系统中，以保护电气设备免受过电压的损害。

随着MOA在电力系统中的广泛应用，其本身的故障已成为影响电力系统安全运行的一个重要因素［2］，在电力系统中，常用预防性试验来发现运行中设备的缺陷，因而非常有必要对MOA的预防性试验方法及其常见故障原因作相关讨论。

1 氧化锌避雷器的预防性试验

MOA阀片的绝缘性能在水分、污秽等因素的影响下会慢慢下降，当它的绝缘性能劣化到一定程度时，MOA在运行电压下工作就可能被击穿损坏乃至发生爆炸［3］。为了及时发现运行中设备的隐患，预防发生事故或设备损坏，在电力系统中需要定期对设备进行试验或者监测，这些试验或者监测被称为预防性试验。下面就预试中较多发现MOA本体故障的几类试验一一进行讨论。

1.1 运行电压下的交流泄漏电流测量

在运行电压下，通过MOA的阀片的电流可以分为电容电流Ic与电阻电流Ir，两者之和称为全泄漏电流Ix。当MOA的绝缘性能降低时，通过阀片的全泄漏电流及阻性电流随之有不同程度的增大，因此，可以通过对MOA全泄漏电流或阻性电流的监测来判断MOA的运行状况。

（1）全泄漏电流的测量。当MOA本身出现较大故障或者阀片劣化较为严重时，全泄漏电流有一个较大的增加，此时可用全泄漏电流作为MOA运行状况的重要参考；若MOA的阀片受潮程度相对较低或处于老化早期时，阻性电流分量虽然有较大增加，但由于其在全电流中所占比例较小（正常情况下仅占10%～20%），全电流往往不会有较大增加，导致不能准确判断MOA的劣化状态［4］，在电力系统中常使用专用仪器并接在MOA放电计数器上来测量MOA的全泄漏电流。

（2）阻性电流的测量。MOA的阀片在水分、热等因素的影响下绝缘性能会下降，此时通过MOA阀片的阻性电流会大大增加［5］。从1.1（1）中得知，若MOA的阀片受潮程度相对较低或处于老化早期时，全电流往往不会有较大增加，无法根据全电流的大小来准确判断此时MOA的工作状况，所以有必要对其阻性电流进行测量。而测量阻性电流分量，一般可采用电容电流补偿法或谐波电流法。MOA运行电压下的泄漏电流测试属于带电测试，其测试数据容易受到周围强电场等因素的干扰，所以在实际的测试中，通常结合全泄漏电流、阻性电流等各项测试数据来综合分析判定MOA的实际运行状况。

1.2 直流1 mA时的临界动作电压U1mA测量

在电力系统中，将MOA的泄漏电流达到1 mA时所对应的电压称之为起始动作电压，用U1mA表示，对此参数进行测量，主要目的是为了确定MOA的动作性是否满足要求，内部阀片是否受潮。测试时为了防止表面泄漏电流对测试结果的影响，测试前应将MOA的外护套擦拭干净。

1.3 0.75U1mA下的泄漏电流测量

由于0.75U1mA直流电压值一般比最大工作相电压的峰值要高一些，因此，测试此电压下的泄漏电流主要是为了检查MOA的长期允许工作电流是否符合规定，测试时先测试出U1mA，然后再在0.75U1mA下读取相应的泄漏电流值。

1.4 绝缘电阻测试

测得的MOA阀片的绝缘电阻值可以有效地反映其内部阀片是否受潮、瓷套是否有裂纹或者是否有硅橡胶的损伤。此项试验采用2500V或以上兆欧表，摇测MOA两极的绝缘电阻1min，并记录试验数据，试验结束后用接地线对MOA两极充分放电。

2 氧化锌避雷器常见的故障原因分析及预防措施

据相关统计，导致MOA发生故障的原因主要有2类：一类为内部受潮，一类为阀片老化。下面做具体分析。

2.1 受潮

内部受潮是造成MOA发生故障的主要原因，而MOA发生受潮的主要原因有以下几点［1，6］：（1）密封设计存在缺陷。MOA制造厂家的密封设计有缺陷，导致潮气进入到MOA内部。（2）装配时工艺要求不严。MOA的组装时环境湿度太大，或经过长途运输后附有潮气的MOA绝缘件（如绝缘筒）未经干燥处理或处理不彻底就转入瓷套，导致潮气进入到MOA内部。（3）运行中密封材料老化。生产厂家所使用的密封材料抗老化性能较差，在产品的寿命后期或者温度变化较大时，密封性能发生不同程度的失效，导致潮气进入到MOA内部。当MOA内部受潮后，内绝缘性能下降，容易发生沿受潮的内壁滑闪或沿避雷器电阻片轴向闪络，引起局部发热，严重时可导致线路对地短路甚至MOA的爆炸。2010年4月21日，珠海供电局的高压试验人员在对其所属110 kV嘉华变电站的10 kVⅠ段母线51PT间隔MOA（制造厂家：西安神电）进行预防性试验时发现：该间隔三相MOA的绝缘电阻较低，且U1mA数值相比出厂试验时有所降低，0.75U1mA下的线路电流数值则已超过《电力设备预防性试验规程》的要求。具体试验数据如表1所示。

此三相MOA为2009年6月16日交接使用，试验日期为2010年4月28日，运行时间未满一年，由于运行中的老化导致试验数值超标的可能性较小。对MOA解体发现，MOA内壁有细微水珠，避雷器上端盖内部有锈蚀痕迹。经分析认为此缺陷是避雷器上方端盖密封不严，导致水分进入避雷器内部导致阀片受潮所致。

表1 51PT间隔避雷器试验数据

2.2 老化

电力部门多年的试验和运行经验表明，除去MOA本身的制造质量问题，环境湿热以及外护套表面污秽是加速MOA老化的主要原因［7］。对于高压MOA来说，在潮湿高温和表面污秽的双重作用下，MOA阀片的电位分布极不均匀，在靠近上法兰处，阀片承受电压较高，通过的电流较大，甚至可以比正常通过的电流大1～2个数量级，造成了阀片的额外温升，从而使局部阀片首先老化，局部阀片的老化使得通过MOA的参考电压下降，通过的电流增加，整体温度随之上升，形成恶性循环，MOA的整体性能下降。当电网电压波动超过MOA本身工频电压耐受特性时，就可能导致MOA的损坏。

2.3 预防氧化锌避雷器发生故障的措施

（1）选择质量较好的产品。应选择有先进设备设计及制造工艺的生产厂家，选择的产品应该有多年稳定运行的经验，这样才能保证所选用的MOA具有较高的抗老化性能，使产品在寿命周期内可稳定运行。（2）选用先进的装配工艺。选用较先进的装配工艺，对将要装配的设备各组件要进行彻底的防潮处理，防止因为装配问题导致潮气进入设备内部。（3）注意MOA的防污。对MOA外护套的污秽定期进行清理或者在外表面涂上防污材料。（4）建立起MOA的缺陷技术档案。对发生缺陷的MOA建立独立的技术档案，包括交接试验报告、定期试验报告、在线监测装置的运行记录、检测出故障的试验数据、故障原因分析、故障部位图片、事故现场图片等，便于对发生缺陷或事故的原因进行综合分析，做好预防措施。

3 结论

（1）氧化锌避雷器本身的故障已经成为了影响电网安全运行的一个重要因素，而造成避雷器故障的原因主要为受潮和老化。（2）可以通过选择质量较好的产品、采用先进的装配工艺、对避雷器进行防污处理、建立起避雷器的缺陷技术档案等技术或管理手段来减少避雷器故障的发生。（3）电力系统中对氧化锌避雷器的预防性试验是发现运行中氧化锌避雷器缺陷、保障电网安全运行的重要技术手段。

［1］俞震华.氧化锌避雷器故障分析及性能判断方法［J］.电力建设，2010，31（11）：89～93

［2］张科，原会静，秦旷.河南电网几起氧化锌避雷器故障分析及对策［J］.河南电力，2011，21（2）：8～12

［3］刘梅.金属氧化物避雷器爆炸原因及对策［J］.农村电气化，2010，273（2）：23～24

［4］张鹏，张伟星，巨文伟.氧化锌避雷器试验的探讨［J］.电气开关，2009（2）：16～18

［5］高峰，郭洁.交流金属氧化物避雷器受潮与阻性电流的关系［J］.高电压技术，2009，35（11）：2 629～2 633

［6］罗阳云.浅谈避雷器在电力系统应用中的问题分析［J］.科技风，2011（5）：258

［7］吴倩.对10 kV金属氧化锌避雷器的故障分析［J］.大众用电，2002（1）：26～27