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10kV避雷器的污闪试验及防治措施
发布日期:2019/6/26   点击次数:207

国网湖南检修公司  朱传华  李 威   国网长沙供电公司  刘长青

 

配网设备是电力系统中的重要组成部分,具有“范围广、数量多、故障率高、离人身近”等特点,其运行状况好坏直接影响居民用电的可靠性。现有数据表明,配网设备事故约占全年电力安全事故的60%以上。因此,配网设备的安全程度备受关注。

避雷器是保护配电变压器、配网线路等免受雷电过电压、操作过电压危害的核心设备,其绝缘性能决定了配网设备的安全等级。10kV氧化锌避雷器在配电线路、变电站中使用广泛,由于长期承受运行电压且离散分布,检修周期得不到保障,避雷器表面积污、劣化、老化等情况时有发生,导致绝缘损坏,冲击或故障电压下避雷器不动作,从而损伤被保护设备。

1   避雷器污闪发展过程

污秽直接影响避雷器的外绝缘性能,表面污秽严重的情况下,避雷器的绝缘性能急剧下降。对户外避雷器而言,由于环境污秽相对较重,以及交流离子流场的吸附作用,表面脏污积聚周期较短[3]

氧化锌避雷器常用复合绝缘外套,其积污、闪络放电、老化的过程是一个持续累积的过程,污闪的发展过程分为以下4个阶段。

1)积污。积污过程是一个相对较长的过程,具有随机、持续、循序等特点,在带电运行过程中,外套表面的污秽积累呈现出“积污-风雨清洗-积污”的增长规律,整体随时间延长越积越多。此外,靠近江海、工业区、城市、工地等区域,因盐度、沙尘、污染等原因引起污秽积聚速度加快。据统计,某重工业区10kV避雷器表面污秽6个月内平均增长1.7mm[4]

2)受潮。由于自然环境变化和人为因素,雨雪雾和人工洒水等都会使外护套的污秽层受潮,部分电解质溶于水,形成导电部分,从而使交流电压下有泄漏电流通过;

3)局部电弧。在持续泄漏电流流过的条件下,溶解的水分被电流致热蒸发掉一部分,被自然风干一部分,使受潮面积中产生部分干燥区域,较大的压降使该区域场强明显增大,击穿空气后发生局部放电,产生短间隙内的电弧。

4)沿面污闪。避雷器表面电弧不断产生后,会使硅橡胶表面失去憎水性,逐步造成烧蚀。随着时间的推移,烧蚀面积逐步增大,最终在避雷器首端运行电压和末端接地之间形成沿面闪络,严重时直接使保护误动作。

2   10kV避雷器试验情况

2.1人工污秽试验

避雷器人工污秽试验就是人工模拟避雷器在受污状态下的一种试验,通常通过在避雷器绝缘表面涂一定量的污秽液并使之受潮。根据GB 11032-2010规定,对被试避雷器进行人工污秽试验,验证避雷器的热稳定性和外绝缘性能[5]

选取国内常用5个厂家生产的,型号为YH5WS-17/50的氧化锌避雷器共50支,经过清洁、干燥等预处理后,根据定量涂刷法,依据避雷器试品绝缘表面表面积及划分好的污秽等级,计算出每支避雷器试品所需的NaCl与高岭土所需要的用量,加适量的去离子水溶解后,用细毛刷搅拌并全部均匀涂刷在避雷器试品表面上。为避免污液掉落,试品需悬挂于避雷器试品架上放置24小时等待干燥。

按照1:5的盐密和灰密比,和不同程度的盐密,将污秽分为5个不同的等级,如表1所示[6]。每种污秽等级准备6个避雷器试品。

1 污秽等级列表

干燥完成后,在人工雾室内进行污秽试验。试验电源通过绝缘套管引进人工雾室。雾由DZFZ系列-全自动蒸汽发生器产生,其产生的热雾可以使室内保持8~10℃。待雾室相对湿度升为100%后,把准备好的污秽等级避雷器依次放置人工污秽试验室中加湿。

恒定电压法是在污秽试品上施加一定数值的电压,在加电压的同时,使试品受潮,电压维持不变,直到闪络;若在规定时间内不发生闪络,再逐级升高电压重复试验,直到闪络为止。这种加压方式比较符合电力系统的实际运行情况。

2.2 直流泄漏电流试验及绝缘对比

测取污秽避雷器表面的泄漏电流是分析研究绝缘性能的主要方法,试验加压采用恒压法进行。

本次试验分别施加三种试验电压。第一种模拟10kV配电网线路正常运行,施加的电压为相电压5.77kV;第二种模拟10kV配电网线路发生单相接地故障短路时的非故障相电压,即工频升高电压10kV;第三种模拟避雷器最大持续运行电压13.6kV。加压时间均为30分钟。

在每种施加电压、污秽等级下进行10组重复试验。通过对比分析,提取最大和最小值以外的8组避雷器泄漏电流有效值的平均值,统计数据如表2所示。

2 泄漏电流统计数据


由表可知,不同施加电压下,A级和B级污秽状态下,其泄漏电流平稳,有效值较小,无局部放电现象。随着污秽等级的提高,避雷器泄漏电流也明显增加:污秽等级C级时,能听到电晕放电声音;当污秽等级为D级和E级时,能观察到明显的局部电弧放电现象。

对三种施加电压的试验结果进行横向比较,污秽等级为A级、B级和C级时,不同电压下泄漏电流相差较小,不超过0.3mA;达到D级重度污秽后,不同电压下泄漏电流变化明显,电压升高后,放电声音明显增大;达到E级时,不同电压下泄漏电流成倍增加,放电结束后观察到避雷器表面标签纸被彻底烧坏。

考虑到设备检修周期较长,非常有必要对污秽环境下的避雷器采取污闪防治措施。

3   10kV避雷器污闪防治措施

3.1 安装脱离器

避雷器用脱离器作为一种避雷器的配套设备目前已逐步应用于配电系统的避雷器之上,如图2所示,通常串联在避雷器的低压侧。在避雷器正常状态下,脱离器能承担与避雷器相同的机械力与电动力,在表面污秽电流下,也不会误动作。

 

2 避雷器与脱离器连接实图

当避雷器出现故障后,脱离器会立即动作,迅速将与避雷器从系统中脱离,使避雷器退出运行,避免电网连续性接地故障。且脱离器动作后应有便于观察的标识,方便电网运行人员及时查找故障点,极大方便了避雷器的维护工作。

3.2 改进伞裙或表面设计

从增大闪络距离的角度出发,防治避雷器污闪的措施可以通过增加大伞裙设计来进行,使爬电距离增大,闪络更难发生。但这种方法适用于相间间隔较大的设备,不适用于紧凑型布置的避雷器。

另外,从减慢积污过程出发,还可以在避雷器表面增涂RTV防污闪涂料,一方面将污秽层与绝缘产品进一步隔开,另一方面提高了外表面的憎水性,使雨雾等潮气迅速扩展,电压分布更均匀,从而抑制了污闪的发生。

4   结论

1)不同污秽等级泄漏电流试验结果表明,重度及以上污秽避雷器在运行电压时表面有放电产生,发生故障后设备泄漏电流明显增大,会烧蚀表面绝缘层,并影响保护动作。

2)针对重污秽地区的配电避雷器,有必要通过安装脱离器的方法及时提醒检修人员;或者采取增涂RTV防污闪涂料和增大伞裙的方法来抑制污闪发生。