0 引言

氧化锌避雷器具有伏安特性平坦、通流容量大、残压小、结构简单等特点，为限制雷电过电压、操作过电压等对电力系统运行设备的影响，氧化锌避雷器已在电力系统中得到广泛运用^[1]。然而，氧化锌避雷器在长期运行中会出现内部阀片劣化和内部绝缘受潮等缺陷，严重时还会引起热崩溃，发生避雷器运行事故^[2]。根据相关资料统计，运行中的氧化锌避雷器平均故障率为0.286相/百相·a^[3]。

近年来，随着避雷器红外热像测温管理中检测仪器、检测周期、检测方法、图片报告等方面的不断规范化，通过红外测温能够及时有效地发现各类缺陷^[4-7]。但现场红外检测易受风力、空气悬浮颗粒、负荷情况等因素影响，从而引起对避雷器缺陷尤其是内部缺陷的误判断^[3-7]。另一方面，避雷器在线监测仪所显示的全电流大小，也能在一定程度上反映避雷器的运行状态，避雷器缺陷如阀片受潮、老化、绝缘件受损或外表面破损等均会造成阻性电流增大，导致全电流异常^[8-11]。但在线监测仪常出现避雷器保护动作后指针卡涩无法复归、内部元件故障导致仪表指示不准确等情况，严重影响对避雷器运行状态判断的准确性^[3-11]。目前，由于带电检测人员对检测数据分析水平参差不齐，以及缺乏对检测数据的系统分析和完善的处理方法，易造成“误检修”或“过检修”，严重影响避雷器的安全稳定运行。

本文基于一起220 kV氧化锌避雷器运行中温度偏高、泄漏全电流偏大的异常情况，进行带电试验、停电试验、解体分析，确定其异常原因。检测数据的系统分析和处理方法，可为同类型设备运行维护提供经验借鉴。

1 设备运行异常概况

2021年7月，某220 kV变电站全站一次设备进行红外测温检测，当天环境参考温度13.6 ℃。测温检测中发现2号主变压器220 kV母线桥避雷器V相上节存在发热现象，如图 1所示。V相上节热点温度高达19.3 ℃，正常相（U相）参考温度16.2 ℃，温差为3.1 ℃，温度偏差19.1%。V相避雷器型号为Y10W-200/520，额定电压200 kV，直流参考电压290 kV。出厂日期为2011年11月，投运日期为2012年10月，至异常发生时已运行9年。当地常年环境温度范围为-30~37 ℃，环境相对湿度为14%~ 65%。同时，记录U、V、W三相避雷器全电流在线检测表记数值分别为0.6 mA、0.9 mA、0.6 mA，可见V相电流值约为U、W相的1.5倍。综合红外测温与全电流在线数据异常情况，初步怀疑V相避雷器上节存在设备缺陷隐患。

依据DL/T 474.5—2018《现场绝缘试验导则避雷器试验》^[12]，对同一组避雷器在相同条件下测试时，不同相的同一部位温度在同一时间温差大于1 ℃时应加强监视。为确定V相避雷器是否存在缺陷，对2号主变压器220 kV母线桥避雷器进行带电检测试验，并依据带电检测结果进行下一步处理。

2 带电检测试验 2.1 阻性电流带电检测

避雷器带有全电流在线检测装置，但是全电流在线检测不能代替带电测试项目，这是因为在运行电压下，避雷器的总电流包含阻性电流（有功分量）和容性电流（无功分量）。在正常运行情况下，流过避雷器的主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，其峰值变化的范围只有几十微安至几百微安，占全电流的5%~20%^[3-4]。但当避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不大，阻性电流大大增加。因此，怀疑设备存在缺陷时，在避雷器运行情况下进行阻性电流带电检测试验可以更有效地反映避雷器的绝缘状态^[11-19]。

2.2 试验结果

为进一步确认避雷器运行状态，对2号主变压器220 kV母线桥避雷器进行了三相阻性电流带电在线监测试验。试验时，避雷器所在地天气多云，气温30 ℃，相对湿度35%，站内无操作，无设备异常信号。试验结果如表 1所示。

采用不同生产厂家的泄漏电流检测仪复检，检测结果一致，即V相阻性泄漏电流是其余两项的3倍（见表 1）。同时查阅2015-07-09的历史试验数据，发现停电例行试验中直流1 mA参考电压U_1mA、0.75U_1mA下的泄漏电流I_0.75U1mA、底座绝缘电阻、放电计数器功能检查等试验项目均合格。查询生产厂家雷电定位系统，当日线路间隔走廊内无落雷情况。依据DL/T 596—2021《电力设备预防性试验规程》中避雷器运行电压下阻性电流测量结果判别依据：当阻性电流测量值与初始值相比，增加0.5倍时应缩短试验周期并加强监测；增加1倍时，应停电检查^[20]。根据分析检测结果，初步判断避雷器内部电阻片存在劣化，申请停电检查试验。

3 停电试验与解体分析 3.1 停电试验

2021-07-26，对V相避雷器进行直流参考电压试验及0.75倍直流参考电压下泄漏电流试验，该避雷器V相上节绝缘电阻值为550 MΩ，环境湿度36%，环境温度21 ℃，试验结果如表 2所示。由表 2可见，泄漏电流测试中1 mA电压为82.2 kV，泄漏电流为151 μA。其出厂值泄漏电流测试中1 mA电压为150.3 kV，泄漏电流为7 μA。试验结果中1 mA电压比出厂值降低了45%，0.75U_1mA泄漏电流值为出厂值的21倍。依据Q/ND 10501 06—2018《输变电设备状态检修试验规程》^[21]和GB 11032—2010《交流无间隙金属氧化物避雷器》^[22]中规定：1 mA电压初值差不超过±5%，I_0.75U1mA初值差≤30%（或≤50 μA），可知该避雷器试验结果不满足规程要求，并据此推断避雷器V相上节内部绝缘下降，于是联系设备生产厂家进行V相上节解体分析辅证判断结果。

3.2 解体分析

拆开氧化锌避雷器V相上节上法兰，发现氧化锌避雷器内部微正压状态已丧失，上法兰与密封胶圈黏合多处破损（见图 2）。继续解体避雷器芯子，发现芯子内压紧弹簧锈蚀严重（见图 3）。氧化锌阀片表面绝缘釉存在锈蚀痕迹（见图 4）。将氧化锌阀片依次编号进行绝缘电阻试验，发现各阀片间绝缘电阻值相差很大，部分阀片绝缘电阻小于10 MΩ，绝缘能力几乎丧失。

4 故障原因分析

（1）瓷套外绝缘完好的氧化锌避雷器内部会填充氮气并密封保持微正压状态，以避免内部元件受潮。解体缺陷避雷器过程中，拆开上法兰时无气体排出，且上法兰与密封胶圈黏合多处破损，可判断缺陷避雷器微正压状态已丧失，密封效果已被破坏。

（2）从本次解体的情况看，避雷器内部的所有元件都存在较为严重的锈蚀，结合密封状态丧失的情况，可推断缺陷避雷器受潮时间已久，且受潮程度严重。

（3）氧化锌阀片是氧化锌避雷器的核心元件，其非线性伏安特性直接决定避雷器的电气性能。从对缺陷避雷器氧化锌阀片的绝缘电阻试验可判断，部分受潮严重的氧化锌阀片在正常工作电压下无法保持高阻状态，非线性伏安特性丧失，阻性电流增大，从而造成缺陷避雷器在运行电压下持续发热。

结合试验数据与解体检查结果，分析认为缺陷避雷器氧化锌阀片受潮导致自身非线性伏安特性丧失，阻性电流增大，是其在运行电压下发热的直接原因，而密封胶圈老化、与法兰黏合开裂导致避雷器密封效果丧失是此次缺陷的根本原因。

5 预防建议及故障诊断方法 5.1 预防建议

鉴于缺陷避雷器投运不足10年，判断其自身存在外绝缘密封不严的制造工艺问题。为预防缺陷避雷器的设计、制造工艺、材料等可能存在的“家族性缺陷”，危害电网安全稳定运行，建议针对缺陷避雷器生产厂家同批次产品严格按照Q/ND 10501 06—2018《输变电设备状态检修试验规程》、GB 11032—2010《交流无间隙金属氧化物避雷器》相关要求开展例行试验。同时严格执行国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》14.6.1条款“对金属氧化物避雷器，必须坚持在运行中按规程要求进行带电试验。当发现异常情况时，应及时查明原因^[23]。”

5.2 故障诊断方法

泄漏电流带电检测可以发现金属氧化物避雷器（Metal Oxide Anester，MOA）内部受潮、阀片劣化等缺陷，但MOA运行中的泄漏电流受元件绝缘性能、结构等因素影响。因此，仅依据泄漏电流的变化来判断MOA是否内部受潮、阀片劣化有一定的不确定性。另外，MOA泄漏电流带电检测可发现避雷器的绝缘缺陷，但不能有效定位。同样，由于MOA发热属于电压致热型缺陷，该类缺陷在避雷器的外部反映出来的温度变化较小，会受到绝缘材料热导系数的影响，因此，MOA的外部绝缘材料会严重影响红外热像检测结果。

结合泄漏电流法和红外热像法的优缺点，提出采用MOA带电联合监测法进行MOA运行工况诊断，其流程如图 5所示。该方法根据泄漏电流和红外热像检测结果进行相互验证、相互补充，可快速、准确诊断MOA运行工况，为MOA的安全运行提供技术保障，该方法根据红外热像检测结果再判断是否进行泄漏电流带电检测，可大大减少电气设备维护人员的工作量。

6 结语

本文针对一起220 kV氧化锌避雷器红外测温与全电流在线数据异常现象，通过氧化锌避雷器带电试验、停电试验及解体分析，查明故障原因为避雷器密封胶圈老化、与法兰黏合开裂，密封效果丧失，导致避雷器氧化锌阀片受潮，自身非线性伏安特性丧失，绝缘电阻下降。对此，建议加强对同类设备的运行维护来预防该类故障再次发生，并提出采用MOA带电联合监测的方法为金属氧化物避雷器的安全运行提供技术保障。