35kV复合绝缘避雷器故障原因及处理措施

发表时间:2020/12/14   来源:《中国电业》2020年23期   作者:李杰
[导读] 文章介绍了现有避雷器结构应用状况,分析复合绝缘金属氧化物避雷器的结构和工作原理,
        李杰
        广东电网有限责任公司河源供电局  广东河源  517000
        摘 要:文章介绍了现有避雷器结构应用状况,分析复合绝缘金属氧化物避雷器的结构和工作原理,通过一起35kV复合绝缘避雷器故障为例,分析了复合绝缘避雷器故障产生原因,提出了相应处理措施。
        关键词:35kV;复合绝缘;避雷器故障;处理措施
        引言
        电网的安全运行离不开避雷器的保护,避雷器在电网的安全运行中有着举足轻重的地位。硅橡胶复合外套金属氧化物避雷器有显著的优点,如外套耐污秽性能好、重量轻、体积小、弹性好、便于运输安装等。从近几年南方电网公司的招标情况来看,电网对35 kV复合外套避雷器的需求量有明显增加,近几年已有大批量复合外套避雷器投入电网中运行,然而,在实际运行中,35kV复合绝缘避雷器事故时有发生。下面结合复合绝缘避雷器的结构特点,分析两起避雷器失效的原因,提出防止类似事故发生的措施。
1 现有避雷器结构应用状况
        由于避雷器生产厂家众多,产品结构也各不相同,系统中运行的避雷器主要结构有如下两种。
        A型避雷器,其绝缘管起机械支撑作用,两端法兰通过螺纹与绝缘筒连接,将电阻片密封于绝缘筒内部,绝缘筒外部硫化硅橡胶伞裙;需要设置单独的底座,底座结构和避雷器本体结构相似,只是内部空腔中不装芯体;这种类型的避雷器本体和底座内部均存在空腔,因此避雷器内容易产生“呼吸”现象,湿气随之浸入到避雷器内部,造成避雷器内部受潮,元件受潮影响将避雷器的安全运行,而绝缘底座内部受潮将降低底座的绝缘电阻,影响监测器对避雷器运行状况的监测。
        B 型避雷器,其内部电阻片叠加后用环氧树脂浸胶玻璃纤维带缠绕固化形成芯体,芯体外部硫化硅橡胶伞裙。这种结构使避雷器内部气隙,不存在避雷器内部“呼吸”现象,降低避雷器的受潮几率。此结构避雷器用玻璃纤维层代替绝缘筒,固化后的玻璃纤维层机械强度较高,承担避雷器在运行中的机械负荷。去掉两端的法兰和绝缘筒,这大大降低了避雷器的重量,使产品结构比较紧凑,也提高了生产效率、降低了产品成本。但其底座多数还是采用A型避雷器的绝缘底座,或是采用多对绝缘套垫与钢板组装而成组合底座,绝缘套垫的材质有陶瓷、SMC(不饱和聚酯玻璃纤维增强片状模塑料)等绝缘材料制成,在表面干燥、污秽较轻的情况下,其绝缘电阻较高,但在阴雨潮湿天气及污秽严重情况下,由于绝缘表面憎水性较差,其绝缘电阻下降较为严重;除此之外,还存在绝缘失效的情况。造成这些缺陷的原因是底座绝缘件高度较低、且完全裸露于空气中,在运行过程中绝缘部件的老化、严重积污、绝缘件破裂或损坏,造成底座绝缘电阻下降或失效。
2复合绝缘金属氧化物避雷器的结构
        复合外套金属氧化物避雷器的一般结构如图1所示。以绝缘筒为支撑主体外包裹硅橡胶伞群,内部从上到下依次为压紧弹簧、氧化锌阀片、金属垫高件和电极。密封填料用于填充绝缘筒与阀片间的间隙,并且通过真空灌注很好地粘接在绝缘筒、氧化锌阀片的表面和金属 电极上,同时消除胶中和结构空隙中的空气。填补填充胶后,将其加温固化成密封固体绝缘 层,使阀片、绝缘筒、电极形成一个整体,内部没有空腔,避免吸入水分引起绝缘失效。


3避雷器故障案例分析
        某日某500kV变电站#3主变投入运行后,主变35kV侧避雷器C相有轻微异响。检查避雷器三相计数器泄漏电流基本相同,均为0.5mA,但避雷器C相计数器内指针有轻微晃动。根据现场声音,判断异响由主变35kV侧避雷器C相内部发出,其内部存在缺陷,随即对其进行了更换。故障避雷器型号为YH10WZ-51/134。解体前对避雷器进行试验,避雷器直流参数合格,交流参数不稳定,局放量较大(AC相局放量均为105pC;GB11032要求避雷器在1.05倍持续运行电压下的内部局部放电量应不大于50pC)。试验结果见表1(其中数值均为有效值)。

        解体该避雷器,发现避雷器顶部弹簧压紧不严,导致底部的电极与金属垫高件没有压紧;解体所有氧化锌阀片(以下简称阀片),发现避雷器下部垫块与最下阀片间有放电痕迹,避雷器底部金属垫高件上存在硅胶,避雷器底部电极上存在硅胶,最下阀片与相邻阀片上有绝缘胶,其他阀片无异常。
        通过以上解体现象可看出,此避雷器在生产过程中未能压正压簧而导致其阀片间出现间隙,之后在注入绝缘胶过程中,底部的电极与金属垫高件间未完全接触,接触面存在一层硅胶,在运行中电极与金属垫高件间不能完全导通而放电,出现异响和计数器摆动。
        对于试验数据合格问题,后经再次询问厂家得知,厂家在避雷器返厂后曾进行了局部放电试验,局部放电试验所加电压较高,使垫片与阀片间绝缘胶完全击穿,从而使试验数据合格。
4避雷器缺陷及故障原因分析
        案例中变电站避雷器故障原因是安装避雷器时工艺控制不严,避雷器内部压紧弹簧安装不正,造成底部金属垫高件与电极间接触不严,在真空注胶过程中,硅胶进入金属垫高件与电极间,造成接触不良,在投运后发生放电产生异响。另外,厂家未按照GB11032-89《交流无间隙金属氧化物避雷器》“额定电压2.3kV及以上的避雷器应测定局部放电量,避雷器在1.05倍持续运行电压下的内部局部放电量应不大于50pC”的要求,在出厂时进行局部放电试验,导致问题未能及时被发现。复合外套避雷器虽然有体积小、重量轻、密封、防爆性能好、易于安装等优点,但通过分析这起35kV避雷器缺陷的原因不难发现,厂家生产制造时工艺控制不精,出厂试验时把关不严,很易造成避雷器故障。
5应对措施
        首先,在工厂制造阶段,要加强对避雷器工艺质量的把控,尤其是对避雷器内部注胶和外部复合绝缘浇注工艺的控制和改良;出厂试验环节严格把关,验收时要求厂家提供详细的出厂试验报告并按规程认真检查;有条件者还可派出人员驻厂监造,对关键步骤进行跟踪管控。其次,在变电站运行过程中要加强对避雷器的运行巡视和泄漏电流的监测。加强避雷器泄漏电流的在线监测和日常巡视检查,若电流增长量大于10%,或三相泄漏电流数值差大于20%,或泄漏电流表指针抖动,就应立即上报严重缺陷并尽快检查处理;重视相关监测设备如避雷器监测仪的缺陷处理,及时更换损坏表计;及时处理避雷器底座绝缘不良等影响泄漏电流监测的缺陷,且在缺陷处理前缩短带电测试周期;加强避雷器日常巡视和红外精确测温工作,红外热像仪能非接触地反映设备的红外辐射分布情况,并将温度精确显示在屏幕上,能更直观地发现故障部位;红外测温时应特别注意测量避雷器中间法兰处的温度及相间温差,当相间或同相各节间温差不小于3 ℃时,应视为严重缺陷上报分析处理;在实际测量操作中,需根据避雷器的运行平均温度,设定红外热像仪感温范围,使成像更清晰,更易发现温度异常部位。
6结束语
        通过对两起35kV复合绝缘金属氧化物避雷器故障的分析,表明要预防避雷器故障,必须标本兼治。避雷器投入运行前的质量控制是保障安全运行的基础;运行中的巡视和监测,运行数据的积累和比较分析,是及早发现缺陷,防止事故发生的必要手段。
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