基于带电检测技术的一起35kV金属氧化物避雷器缺陷分析
国网湖南省电力有限公司湘潭分公司的研究人员黄灵资、刘昊，在《电气技术》2019年第1期上撰文，介绍了一起利用红外测温、阻性电流测试等带电检测技术发现避雷器缺陷的案例。通过停电试验和解体检查验证了带电检测测试结果，缺陷是避雷器中下部阀片受潮以及底座绝缘木块制作时干燥不彻底导致底座锈蚀，使避雷器绝缘遭受破坏。阻性电流测试结合红外测温能有效发现避雷器内部缺陷。本文最后对制造、验收、带电检测提出了建议。
目前金属氧化锌避雷器（MOA）广泛应用于电力系统，其运行的可靠性将直接影响到电力系统的安全。当避雷器内部受潮到一定程度时，在正常工作电压下运行时将会发生内部击穿接地，受潮严重时还会发生突然爆炸。本文利用红外测温、阻性电流测试等带电检测技术发现避雷器家族性缺陷，介绍其红外测温、停电试验及解体过程情况，分析其原因，提出建议。
1 缺陷发现过程
2017年12月01日电气试验班对某变电站全站一次设备进行红外测温时，发现某110kV变电站404 C相避雷器温度异常，最高温度为18.4℃，表现为整体发热，而正常相B相最高温度为16.6℃，B相和C相温差为1.8K。根据DL/T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》判断缺陷类型为危急缺陷。
经查该避雷器型号为YH5WZ-51/134，于2011年4月生产，2011年5月投运；在2016—2017年带电检测工作中共发现三起某避雷器制造厂生产的同类型避雷器阻性电流异常或红外精确测温异常情况，通过解体和试验发现均为避雷器内部受潮导致绝缘劣化，因此初步认定该避雷器存在内部容易受潮的家族性缺陷。
在测温发现异常后，为了进一步确认该缺陷，试验人员对404避雷器开展了带电阻性电流和全电流的测量，测量结果见表1。为了便于分析，选择前次的避雷器带电测试试验数据与之对比。表2为2017年04月10日测量得到的某变电站404避雷器阻性电流和全电流试验数据。
图1 404避雷器红外热像图
表1 某变404避雷器阻性电流试验数据
表2 某变404避雷器阻性电流历史数据
对比表1和表2的测量环境可以发现，2017年04月10日和2017年12月01日气候情况比较相似。
从表1可以看出，C相的全电流值、阻性电流值均明显大于A、B相，其中C相的全电流值分别是A相和B相的2.41倍和2.25倍；C相阻性电流值分别是A相和B相的11.37倍和9.39倍。根据Q/GDW 11369—2014《避雷器泄漏电流带电检测技术现场应用导则》，在进行横向比较时，同一厂家、同一批次、同相位的产品，如果全电流或阻性电流差别超过70%，那么即使参数不超标，避雷器也有可能异常。另外，从表1可以知道，C相避雷器的功耗相较A、B相高出了一个数量级，这与红外测温的结果相吻合。
对比表1和表2可以发现，12月01日测量的阻性电流值相较04月10日，增加了12.7倍，根据Q/GDW 11369—2014《避雷器泄漏电流带电检测技术现场应用导则》规定，在进行纵向比较，阻性电流增加1倍时应停电检查。
2 停电试验及解体
2.1 停电试验
1）绝缘电阻及泄漏试验。测量数据见表3，将C相的数据与A、B相对比，发现避雷器的主绝缘均符合要求，但是直流泄漏试验，C相电压无法加到测试的规定值，泄漏电流也大大地超过Q/GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》规定的50A。试验表明C相避雷器内部存在绝缘不良的现象，但绝缘未达到贯穿性缺陷或整体受潮的严重程度。
表3 绝缘电阻及泄漏电流测试数据
2）伏安特性试验。对404避雷器进行伏安特性试验，测试数据如图2所示。
从伏安特性试验结果可知，404C相避雷器在电压过了20kV后，电流显著增加，从图2可以看到，C相避雷器伏安特性呈现出线性的特点；而正常的A相避雷器具有非常优异的非线性伏安特性，直到70kV左右才出现拐点。伏安特性试验表明，404C相避雷器在过电压的冲击下，可能导致该避雷器击穿而发生接地故障，因此需要及时对该避雷器进行处理。加直流70kV电压3min后，重新对其进行了红外测温。
图2 404A、C相避雷器伏安特性曲线
从图3可以看到，避雷器本体存在明显的温度分布异常，中下部的温度较上部温度高，因此该避雷器缺陷可能就是中下部位的氧化锌阀片受潮或老化所致。
图3 避雷器剥离硅橡胶外套后的热像图谱
2.2 解体检查
对避雷器进行解体，并将避雷器阀片从上至下依次编号，发现避雷器底座和部分阀片存在缺陷，如图4所示。
从图4（a）可以看到，ZnO阀片（第8片和第9片）上附有水珠。图4（b）中7、8、9号阀片存在明显的脏污痕迹。图4（d）为避雷器环氧树脂外壳，该部位有稍许的泛黄，也是水汽浸入所致，说明此处受潮最为严重，该处阀片正好位于避雷器的中下部，与红外测温检测结果一致。图4（c）是避雷器底座解体的照片，锈迹斑斑的金属部件和绝缘块，表明底座受潮并已氧化，绝缘遭受损坏。
图4 避雷器解体后各部件的照片（a）阀片近照
图4 避雷器解体后各部件的照片（b）阀片
图4 避雷器解体后各部件的照片（c） 避雷器底座
图4 避雷器解体后各部件的照片（d）避雷器环氧树脂外壳
3 原因分析
结合带电检测、停电试验和解体检查情况，可判断避雷器缺陷原因如下：①底座密封不严，进水受潮，水汽往上窜，导致阀片受潮，避雷器损坏；②该底座的绝缘块为木质材料，在制造时，底座绝缘木块干燥不彻底，随着运行时间的延长，水汽往上渗透，造成阀片受损，在电压的作用下发热，导致损耗增加。
1）避雷器阻性电流和全电流测试是发现避雷器内部故障的有效检测手段，开展避雷器阻性电流和全电流试验时，可以带上红外测温仪，以提高避雷器分析诊断的效率。
2）避雷器生产厂家应加强生产过程和工艺管控，对设备原材料和部件进行严格把关，严格开展出厂检验，防止今后出现相似情况。
3）对于今后新投运避雷器，设备运行管理单位应对设备加强验收把关，防止家族性缺陷和其他有缺陷的避雷器进入电网。