對金屬氧化物避雷器帶電檢測診斷的探析

苑 超

(江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210000)

避雷器作為電網(wǎng)中重要的過電壓保護(hù)裝置，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有力保障。近年來，金屬氧化物避雷器（簡稱“MOA”）以其優(yōu)越的過電壓保護(hù)特性而取代了老式的SiC避雷器，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

1 金屬氧化物避雷器帶電檢測原理

在交流電壓下，流過MOA的電流包含阻性電流和容性電流。在正常情況下流過避雷器的主要為容性電流，阻性電流相對較小，僅占很小一部分約為10%～20%，但是，當(dāng)MOA老化或者閥片受潮后，導(dǎo)致可變電阻阻值下降，阻性電流增大。由于MOA閥片的非線性，阻性電流的變化為非線性，因此MOA運(yùn)行參數(shù)可簡化等效為一個可變電阻和一個不變電容的并聯(lián)電路，如圖1所示。

圖1 MOA等效電路及電流矢量

當(dāng)運(yùn)行中的MOA受潮或劣化時，等效電容C或電阻R發(fā)生變化，從而使得阻性電流IR增大，全電流IX、容性電流IC也將增大，電壓電流夾角②φ將減小，一般情況下這些變化都可以從避雷器的以下電氣參數(shù)變化反映出來：在運(yùn)行電壓下，全電流阻性分量峰值的絕對值增大；在運(yùn)行電壓下，全電流諧波分量明顯增大；運(yùn)行電壓下的有功功率損耗絕對值增大；運(yùn)行電壓下的全電流的絕對值增大，但不一定明顯。

2 金屬氧化物避雷器帶電檢測和診斷的方法

2.1 帶電檢測的方法

目前MOA帶電檢測方法主要分為3類：運(yùn)行中持續(xù)電流檢測；紅外熱像檢測；高頻局部放電檢測。但目前并無很好統(tǒng)一的方法來對帶電檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。

2.1.1 運(yùn)行中持續(xù)電流檢測

運(yùn)行中持續(xù)電流檢測主要是檢測全電流、阻性電流或功率損耗。由于總電流中容性分量比例很大，阻性電流的變化則對電阻片初期老化的反應(yīng)比較靈敏。采用的帶電檢測方法主要有電流法、二次電壓法等，但目前國內(nèi)外公認(rèn)的比較精確、有效的MOA性能檢測方法是二次電壓法。

圖2 二次電壓法試驗(yàn)接線示意

現(xiàn)場試驗(yàn)表明二次電壓法既能測量阻性電流基波分量，也能測量阻性電流各次諧波成分，對避雷器受潮以及電阻片老化情況均能準(zhǔn)確判斷，且現(xiàn)場使用方便、操作簡單，適應(yīng)MOA各種運(yùn)行條件。

2.1.2 紅外熱像檢測

紅外熱像檢測技術(shù)主要是利用紅外熱像儀探測物體發(fā)出的紅外輻射，并將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過成像裝置的輸出模擬被掃描物體表面溫度的空間分布，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。MOA故障主要包括受潮和老化，一般都以電氣元件發(fā)熱為特征，整體溫升增大，相間溫差也增大，故障相的溫度較正常相偏高，一般通過紅外熱像儀即能檢出設(shè)備溫度變化。

2.1.3 高頻局部放電檢測

高頻局部放電檢測技術(shù)是指對頻率介于3～30MHZ的局部放電信號進(jìn)行采集、分析、判斷的一種檢測方法。利用高頻鉗形電流互感器，直接從避雷器末端抽取放電電流脈沖信號，依據(jù)信號的等效時長和等效頻率對系統(tǒng)采集到的信號中的各種成分進(jìn)行分離分類，再將其放電特征與專家?guī)熘械姆烹娞卣鬟M(jìn)行比較，能夠靈敏的識別設(shè)備故障。

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2.2 帶電診斷的方法

對MOA帶電檢測結(jié)果進(jìn)行判斷時，除了參考《電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還可以參考以下方法。

2.2.1 利用阻性電流與全電流比例關(guān)系判斷

在持續(xù)運(yùn)行電壓下其有功功率損耗（阻性電流IR）比較小，阻性電流IR應(yīng)小于全電流IX的25%。當(dāng)MOA閥片老化、受潮或受到破壞，其有功損耗必定增加，阻性電流IR在全電流IX中所占比例明顯變大。當(dāng)10%＜IR／IX＜20%時，一般可判別 MOA 運(yùn)行良好；當(dāng) 25%＜IR／IX＜40%，可增加檢測頻度、密切關(guān)注變化趨勢，并做數(shù)據(jù)跟蹤分析；當(dāng)IR／IX在40%以上時，應(yīng)退出運(yùn)行，進(jìn)一步分析故障原因。

2.2.2 利用電流超前電壓角度判斷

當(dāng)運(yùn)行中的MOA受潮或劣化時，全電流、阻性電流、容性電流都將增大，但阻性電流的增加遠(yuǎn)大于容性電流增加量，電壓電流夾角φ將減小。因此可以通過φ（90°-φ相當(dāng)于介損角）值判斷更有效。φ大多在81°～86°。按“阻性電流不能超過總電流的25%”要求，φ不能小于75.5°，因此可按照表1對MOA性能進(jìn)行評價

表1 MOA相角性能評價表

實(shí)際上，φ＜80°時應(yīng)當(dāng)引起注意。評價MOA性能時，應(yīng)考慮直線排列的三相避雷器，相間干擾產(chǎn)生誤差：U相φ值減小2°，W相φ值增大 2°。

2.2.3 利用諧波數(shù)據(jù)分析判斷

如果阻性電流占全電流的百分比明顯增長，其中，基波的增長幅度較大，諧波的增長不明顯，一般表現(xiàn)為污穢嚴(yán)重或內(nèi)部受潮，如果阻性電流諧波的增長較大，基波增長不明顯一般變現(xiàn)為老化。

2.2.4 結(jié)合紅外測溫、高頻局放進(jìn)行聯(lián)合診斷

受潮初期，故障元件自身發(fā)熱增加；受潮嚴(yán)重后，對于多元件結(jié)構(gòu)的MOA，可引起非故障元件發(fā)熱超過故障元件發(fā)熱，表現(xiàn)出局部熱特征，引起局部放電效應(yīng)。老化則表現(xiàn)為整體或多個元件普遍發(fā)熱的特征，但是，如果各閥片老化程度不同，也可表現(xiàn)為分布電壓不均勻和局部發(fā)熱輕重程度不一的特征。因此利用這些特點(diǎn)就可通過紅外測溫、高頻局部放電來判斷設(shè)備是否存在缺陷。

3 實(shí)例分析

2011年6月，某110kV變電站兆方II線避雷器使用電流法帶電檢測時，發(fā)現(xiàn)U相避雷器全電流、阻性電流、有功功率損耗較V、W相異常增加，且與歷次帶電檢測數(shù)據(jù)比較均有逐年遞增趨勢。次日進(jìn)行了帶電診斷試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目為阻性電流測試、紅外測溫、高頻局放檢測。

3.1 阻性電流帶電檢測

對避雷器阻性電流復(fù)測時，分別使用電流法及二次電壓法。電流法測試及歷次測試數(shù)據(jù)如表2所示（使用AI－6103型儀器）。

表2 電流法歷次帶電檢測數(shù)據(jù)

橫向分析表2可知，投運(yùn)后至2009年6月，U、V、W三相的全電流、阻性電流、有功功率損耗數(shù)據(jù)均比較接近，相差不大。2010年10月后，U相與V、W對應(yīng)數(shù)據(jù)比較，相差較大?？v向比較表2可知，U相自2010年10月，全電流、阻性電流、有功功率損耗均有所增加，尤其是2011年6月的測試數(shù)據(jù)與上次測試相比，增加較為明顯。

3.2 紅外診斷

發(fā)現(xiàn)帶電檢測數(shù)據(jù)異常后，為了更好地判斷該組MOA的絕緣狀況，對該組三相MOA進(jìn)行了紅外熱成像檢測，紅外熱像圖及溫度曲線如圖3、圖4所示。

圖3 紅外熱像

圖4 溫度曲線

從圖3、4中可以看出U相整體紅外成像顏色比V、W相略顯發(fā)亮；V、W相MOA上下節(jié)的溫度場分布基本均勻，而U相上下部溫度分布極不均勻；通過溫度線性圖可以直觀看出U相溫度較V、W相高，同位置的最大溫差達(dá)到2℃。線溫分析表明V、W相避雷器上下部溫場分布均勻。而U相上半部出現(xiàn)了明顯的區(qū)域性溫度升高，下半部溫度呈現(xiàn)下降趨勢，說明該避雷器部分閥片非線性特性出現(xiàn)變化，電位分布不均衡，阻性電流和功率輸出不均導(dǎo)致散熱不均所致。

3.3 高頻局部放電測試

高頻局部放電測試三相均檢測到放電信號，但V、W相信號與U相信號類似，且V、W相信號相位一樣，極性與U相相反，判斷V、W兩相的信號為U相的地線耦合產(chǎn)生，信號來自U相。

3.4 解體分析

解體檢查缺陷部位照片，并與分析驗(yàn)證，判斷該避雷器的閥片出現(xiàn)了劣化，立即將其退出了運(yùn)行，從而避免了一起惡性事故的發(fā)生。這是一次應(yīng)用帶電檢測技術(shù)判斷金屬氧化物避雷器運(yùn)行狀態(tài)的成功案例。

4 結(jié)語

通過對金屬氧化物避雷器帶電檢測的原理、帶電檢測和診斷的方法的介紹，帶電檢測診斷方法能夠有效判斷金屬氧化物避雷器運(yùn)行中的缺陷，從而對出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的改善，保障電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全。

[1]楊殿成.金屬氧化物避雷器帶電測試干擾分析[J].高壓電器,2009,5.

[2]李小建.金屬氧化物避雷器電流基本參數(shù)分析[J].高電壓技術(shù),2008,1.