避雷器常见问题分析
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氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器。利用氧化锌良好的非线性伏安特性,使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小(微安或毫安级);当过电压作用时,电阻急剧下降,泄放过电压的能量,达到保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙,利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。下面我通过十年来产品质量遇到的代表性问题,加以简单分析。
1 氧化锌避雷器运行中的问题分析
我公司97年开始制造10KV配电型氧化锌避雷器,在配电网中被大量使用,其运行寿命最长达96个月,最短的仅有5个月。在运行中,因避雷器质量问题及运行维护不到位而使一些避雷器发生故障,共发生8起事故,其中侧闪为8例,阀片爆炸(破碎)1例。10KV线路通过避雷器发生接地。其中典型故障分析如下。
1.1 阀片侧闪故障
例1:某10KV线路发生接地故障。用户发现一个避雷器击穿。更换故障避雷器后,线路送电成功。对故障避雷器进行解体,发现其硅橡胶外套破裂,沿避雷器阀片侧面有明显电弧通道,未见阀片有破裂或破碎情况。因所有阀片(共5片)均未出现破碎现象,则说明阀片未劣化。若其劣化,并导致避雷器击穿,则故障应表现为阀片爆炸而不是侧闪。本例避雷器阀片与绝缘筒间存在气隙,而空腔的呼吸作用导致潮气入侵,潮气聚集于阀片侧面而使侧面绝缘强度下降,在过电压作用下,沿阀片侧面发生闪络后形成电弧通道。
例2:一起避雷器击穿故障,对击穿的避雷器解体,未发现其内部金属件锈蚀,未发现阀片内部及其喷铝面放电,仅在阀片侧面发现电弧通道。侧闪原因为:为消除避雷器阀片与外绝缘筒间的空腔,采用注胶来填充。注胶温度较高,约200℃,因绝缘釉与阀片的热膨胀系数相差较大,高温注胶可能导致绝缘釉中产生微裂纹,造成其绝缘强度下降,在过电压下发生闪络。
以上2例对阀片侧闪故障进行分析,结合其它故障安全,认为阀片发生侧闪的主要原因是密封不良导致湿气入侵、阀片侧面的绝缘釉受损或阀片与外侧绝缘间的界面不良等而导致侧面绝缘强度低。
1.2 阀片破碎故障
某10KV线路接地故障不能送电。用户发现1个避雷器爆裂,更换后,线路送电成功。
解体故障避雷器,发现其硅橡胶外套破裂,阀片中有2片裂开、3片破碎,但未见侧闪痕迹。
根据故障表象及阀片在不同电流下的破坏特性,分析阀片损坏原因:避雷器遭受到雷电过电压作用而使阀片中流过雷电流,雷电流是冲击电流波,故阀片中的电流密度很大。而冲击电流在阀片中不是均匀分布的,当局部阀片的雷电冲击电流密度超过其允许极限值,阀片就会遭破坏。因雷电流能量不大,一般不会造成阀片破碎、爆炸,只会发生阀片破裂。阀片破碎原因:避雷器由5片阀片组成,正常情况下5片阀片共同承担系统电压。当其中两片破裂劣化,则系统电压全加在其余3片上,从而加速其劣化,最终导致阀片在工频电压下破坏,因工频电源能量大,阀片破坏表现为破碎或爆炸。
根据现行避雷器国家标准,避雷器应能耐受2次65KA(或40KA)的雷电流冲击。而10KV系统中避雷器不可能流过超过65KA(40KA)的雷电流。这是因为避雷器中流过雷电流有两种途径,①沿线路来波,②雷电直击。65KA(或40KA)的雷电流远远超过10KV线路耐雷水平,故沿线路袭来的雷电波不可能超过65KA(或40KA);若是雷直击杆塔,雷电流可能超过65KA(或40KA),此值远远超过10KV杆塔反击耐雷水平,会使线路多相闪络,发生相间短路速断跳闸,而本例故障只是线路单相接地,并没速断跳闸,故雷电直击产生的雷电流不可能超过65KA(或40KA)。 此故障原因是:避雷器阀片受雷电冲击能力较差,其中两片在雷电流作用下发生破裂,进而引发了其余阀片破碎及外套爆开等故障。
事故原因总结:
①氧化锌避雷器的密封问题
氧化锌避雷器密封老化问题,主要是生产厂采用的密封技术不完善,或采用的密封材料抗老化性能不稳定,在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期,造成其密封不良而后使潮气浸入,造成内部绝缘损坏,加速了电阻片的劣化而引起击穿。
②电阻片抗老化性能差
在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期,电阻片劣化造成泄漏电流上升,甚至造成与瓷套内部放电,放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高,而引起氧化锌避雷器本体爆炸,内部放电不太严重时可引起系统单相接地。
③外套污染
由于工作在室外的氧化锌避雷器,外套受到环境粉尘的污染,特别是设置在冶金厂区内变电所,由于粉尘中金属粉尘的比例较大,故给外套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在外套表面的不均匀,而使沿外套表面电流也不均匀分布,势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布),使流过电阻片的电流较正常时大1―2个数量级,造成附加温升,使吸收过电压能力大为降低,也加速了电阻片的劣化。
④抗冲击能力差
氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故,其原因是因电阻片在制造工艺过程中,由于其各工艺质量控制点控制不严,而使电阻片的耐受方波冲击能力不强,在频繁吸收过电压能量过程中,加速了电阻片的劣化而损坏,失去了自身的技术性能。
2 技术措施
针对氧化锌避雷器几次事故分析的结论,要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行,建议生产和使用单位应采取以下措施:
2.1 设计选型
在设计选型上,应首选有多年稳定运行实践的产品,在选择生产厂时,应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂,才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能,以使在产品的寿命周期内稳定运行。在订货技术条件书中对产品技术有特殊要求的应明确提出。例如对避雷器阀片与绝缘筒间采用无气隙结构,对绝缘釉耐热等级等。采购阀片时,要选择产品质量好、信誉好的厂家,对阀片大电流冲击耐受能力(反映阀片的能量耐受能力)要求为65KA。
2.2 加强监测
尽可能的做好避雷器预试工作,定期测量避雷器的直流1毫安参考电压(U1ma)和75%参考电压下(0.75U1ma)的泄漏电流,从而可有效地发现避雷器是否劣化、受潮,以便及早处理。增设氧化锌避雷器的在线监测仪,并加强对在线监测仪的巡检力度,特别是在雷雨后和易发生故障的部位增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。
2.3 防污措施
采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清扫或涂以防污闪硅油,在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。
2.4技术管理
加强对氧化锌避雷器的技术管理工作,即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器建立技术档案,对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案,直至该避雷器退出运行。
3 结束语
10KV配电避雷器在运行中故障形式主要是阀片侧闪,这是因为密封不良,阀片绝缘釉受损或阀片与外绝缘间的界面不良。为提高避雷器运行可靠性,应在设备选型时保证其防侧闪能力及阀片质量,并在运行中做好预试。据有关技术资料统计,氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压,受潮、污闪、系统条件、本身故障等,但仍有一定比例损坏的原因不详,故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性,及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性,都决定着氧化锌避雷器的安全运行的可靠性,故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结,以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。