氧化锌避雷器绝缘击穿故障分析
摘要：本文介绍了一起由于雷电过电压导致XX变电站10kV1段母线C相避雷器绝缘击穿的事故，重点分析了无间隙金属氧化物避雷器绝缘损坏的原因，总结了在今后采取的措施和重点工作。
关键词：避雷器 雷击过电压 故障
1 概述
无间隙金属氧化物避雷器（以下简称MOA），一般采用氧化锌阀片结构。普遍用在发电厂、变电站、输配电线路，用以保护发电机、变压器、母线、线路等发输变配电设备，避免雷电过电压和操作过电压的冲击。以变电站为例主变出口、母线设备、GIS线路侧普遍采用了MOA，用以保护相应电力设备。但是随着运行时间的增长，MOA在长期运行电压或雷电过电压、操作过电压作用下，氧化锌阀片不断劣化、老化，最终可能在一次外部（或内部）冲击下，MOA出现绝缘击穿损坏事故，从而引起变压器、线路等被保护设备的跳闸或接地事故，严重影响了电网的安全稳定运行。
2 事故原因分析
2011年6月，由于雷电过电压导致XX变电站10kV1段母线C相避雷器绝缘击穿的事故。现场检查发现C相避雷器外绝缘破裂，绝缘电阻为0（使用2500V绝缘电阻表），该支避雷器已经发生绝缘击穿。同时对A相、B相避雷器进行试验，数据合格，符合相关规程的要求。现场处理措施：立即更换了C相避雷器。原因分析如下：
2.1 生产厂家制造工艺不过关，密封不严。MOA密封老化情况，主要是生产厂采用的密封技术欠完善，采用的密封材料抗老化性能不稳定，密封材料在制造过程中浇注不均匀，长期运行电压下易出现径向电位差。2011年6月出现该事故的MOA，解体发现密封材料不匀称，在运行电压下间歇性放电，加速外皮劣化。在雷电压作用下而引起爆炸。
2.2 抗老化、抗冲击性能差。在MOA产品全寿命的中后期，阀片劣化造成阻性电流上升，有功功率增大，长期的热效应显著增加，避雷器内部气体压力和温度急剧增高，引起MOA本体击穿。另外阀片在制造过程中，不均匀，每片直流1mA电压试验数据之间存在一定差距，电位分布不均匀。随着运行时间的增长，首端阀片开始劣化，各阀片之间长枪分布不均匀，形成恶性循环，造成避雷器参考电压下降，阻性电流和功率损耗随之增加。
对于首端阀片劣化的MOA，阀片的抗冲击能力变弱，在频繁吸收雷电过电压能量过程中，阀片频繁动作，急剧加速了阀片的劣化而损坏。此次雷电过电压导致该站10kV1段母线避雷器热崩溃而直接击穿的直接原因。
2.3 受潮。该变电站10kV1段母线C相避雷器的两端密封不严，内外温度相差较大时，使潮气或水分浸入，凝结在MOA内部，加速了阀片的劣化，造成内部绝缘降低而引起损坏。另外阀片没有通流痕迹，在硅橡胶套内壁有明显的闪络痕迹，在金属附件上有锈斑或锌白，这也佐证了MOA确已受潮。这属于设计上存在一定不良情况。雷电过电压是此次击穿事故的直接外部原因，受潮是此次氧化锌避雷器击穿事故的主要内因。
2.4 电网电压较高，谐波较多。该变电站向石太铁路供电、钢厂等用户供电，电压波动明显，谐波较多。MOA在长期较高的运行电压下，就可能造成热崩溃。变电站的稳态电压过高，势必会损坏避雷器性能老化加速。在正弦电压作用下，奇次谐波就已经比较明显，由于氧化锌阀片的非线性，在高次谐波作用下，则更加速了阀片的劣化。
3 采取的措施
更换该变电站10kV1段母线C相避雷器，同时对该变电站10kV1段母线故障避雷器的同批次、同型号避雷器开展状态评价工作。针对劣化趋势比较明显的避雷器逐步进行更换。
4 今后的重点工作
4.1加强避雷器的设计选型。在选择生产厂家时，应选择有先进的制造工艺设备和检测手段比较成熟完善的生产厂家，应优先选用多年稳定运行经验的产品，保证MOA产品抗老化、耐冲击性能良好，运行稳定可靠。
4.2 加强变电站谐波治理力度。如果有条件，可在有谐波源的母线上增设动态无功补偿或加装消谐装置，以使电网的高次谐波，控制在IEC标准允许范围内。
4.3 高度重视避雷器带电测试、红外测温工作，逐步开展开关柜超声波局部放电测试工作，提前发现设备内部局部放电等故障。
4.4 加强MOA的技术管理，对每一支运行的避雷器建立试验台账档案，对出厂试验数据、组行电流带电检测试验数据、停电例行试验数据进行综合分析，掌握MOA的运行状况。
5 结束语
氧化锌避雷器损坏的原因有雷电、系统暂态过电压、受潮、本身故障、制造工艺不良等情况。在实际运行过程中，MOA绝缘击穿原因是多种情况综合的结果，所以MOA的劣化、老化情况具有一定分散性、离散性、特殊性，及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定了MOA的安全运行的稳定可靠。今后工作中摸索开关柜超声波局部放电的检测方法，或者改变开关柜内部结构，将避雷器下端通过电缆引出来，增加避雷器带电测试接口，监测10kV开关柜内的避雷器状态。
参考文献：
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作者简介：马西跃（1985-），男，河北沧州人，助理工程师，研究方向：变电检修。
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