基于帶電檢測(cè)技術(shù)的金屬氧化物避雷器缺陷分析

范 敏，謝 佳，姜方財(cái)，汪 佳

（1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司益陽供電分公司，湖南 益陽413000；3.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙410007）

基于帶電檢測(cè)技術(shù)的金屬氧化物避雷器缺陷分析

范 敏1，謝 佳2，姜方財(cái)2，汪 佳3

（1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司益陽供電分公司，湖南 益陽413000；3.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙410007）

金屬氧化物避雷器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，是電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)的主要設(shè)備，長(zhǎng)期運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、絕緣性能下降的缺陷。介紹了一起利用紅外熱成像、阻性電流測(cè)試等帶電檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)避雷器缺陷的典型案例，通過停電診斷性試驗(yàn)和解體檢查驗(yàn)證了帶電檢測(cè)測(cè)試結(jié)論，缺陷原因?yàn)殇X質(zhì)保護(hù)板密封不良與上防爆膜破裂，使避雷器內(nèi)部不再是密封狀態(tài)，造成避雷器內(nèi)部受潮。阻性電流測(cè)試結(jié)合紅外熱成像能有效發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部缺陷，最后為變電站避雷器帶電檢測(cè)工作提出了建議。

金屬氧化物避雷器；帶電檢測(cè)；紅外熱成像；阻性電流

0 引言

金屬氧化物避雷器（MOA）以其優(yōu)良的非線性特性而廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，是目前電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)的主要設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，避雷器長(zhǎng)期運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、絕緣性能下降的缺陷，如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些缺陷具有重要意義[1-5]。

近年來，避雷器帶電檢測(cè)技術(shù)，如紅外熱成像、阻性電流測(cè)試等逐步推廣應(yīng)用，具有不停電、非接觸、精度高的特點(diǎn)[6-11]。筆者介紹了一起利用紅外熱成像、阻性電流測(cè)試等帶電檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)避雷器缺陷的典型案例，通過停電診斷性試驗(yàn)和解體檢查驗(yàn)證了帶電檢測(cè)測(cè)試結(jié)論，說明阻性電流測(cè)試結(jié)合紅外熱成像能有效發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部缺陷，最后為變電站避雷器帶電檢測(cè)工作提出了建議。

1 缺陷簡(jiǎn)介

2015年3月9日，某公司運(yùn)行人員在對(duì)220 kV某變電站進(jìn)行巡視過程中發(fā)現(xiàn)604 B相避雷器泄漏電流表讀數(shù)異常，全電流相對(duì)于A、C相偏大近一倍，懷疑604 B相避雷器存在內(nèi)部缺陷。該避雷器型號(hào)為Y10W1-204/532W，2013年7月1日出廠，2014年1月26日投運(yùn)。

2 帶電檢測(cè)

為判斷604 B相避雷器缺陷情況，試驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)開展了帶電檢測(cè)，包括運(yùn)行電壓下避雷器阻性電流與全電流測(cè)量和紅外精確測(cè)溫。

2.1 運(yùn)行電壓下避雷器阻性電流與全電流測(cè)量

考慮到該組避雷器安裝了HVM2000避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為排除該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，測(cè)試時(shí)用常規(guī)接線測(cè)試、屏蔽在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與接入在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3種方法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 阻性電流及全電流測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 The test data of resistive and all current

由表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，B相避雷器全電流超出正常相A、C全電流一倍多，且阻性電流超過全電流的85%，現(xiàn)場(chǎng)排除其他干擾因素并進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果均無明顯變化，懷疑B相避雷器因?yàn)殡娮杵艹痹斐扇娏骷白栊噪娏髌蟆?/p>

2.2 紅外精確測(cè)溫

后對(duì)604避雷器進(jìn)行紅外精確測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)B相避雷器溫度異常，圖1為604避雷器C、B、A三相整體紅外熱成像圖，圖2為B相發(fā)熱避雷器紅外熱成像圖，圖3所示為正常相C相避雷器紅外熱成像圖。

圖1 C、B、A三相紅外熱成像圖Fig.1 Infrared thermal imaging of A/B/C phase

圖2 B相紅外熱成像圖Fig.2 Infrared thermal imaging of B phase

圖3 C相紅外熱成像圖Fig.3 Infrared thermal imaging of C phase

由圖1—圖3可知，B相避雷器溫度異常，B相避雷器上節(jié)最高溫度為15.1℃，下節(jié)最高溫度為14.7℃，正常A、C相避雷器上節(jié)最高溫度為13.0℃，下節(jié)最高溫度為13.2℃，溫差分別為2.1 K與1.5 K，環(huán)境溫度為11.0℃。根據(jù)規(guī)程判定604 B相避雷器紅外異常為危急缺陷[12]。

3 停電試驗(yàn)和解體

為確認(rèn)避雷器缺陷原因，將604 B相避雷器退出運(yùn)行后，試驗(yàn)人員根據(jù)規(guī)程要求對(duì)避雷器進(jìn)行了全面試驗(yàn)和解體檢查[13-15]。

3.1 停電試驗(yàn)

1）絕緣電阻試驗(yàn)：表2為604 B相避雷器絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)。避雷器外絕緣為瓷質(zhì)，經(jīng)外觀檢查，無開裂或其他異常。由表2可知避雷器絕緣電阻試驗(yàn)結(jié)果不滿足規(guī)程要求 （35 kV以上避雷器絕緣電阻應(yīng)不低于2 500 MΩ）。

表2 絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 The test data of insulation resistance

2）直流1 mA電壓及0.75 U1mA下泄漏電流試驗(yàn)：表3所示為604 B相避雷器直流1 mA電壓及0.75 U1mA下泄漏電流測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表3 直流1 mA電壓及0.75 U1mA下泄漏電流測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 The test data of voltage of DC 1mA and Leakage current of 0.75 U1mA

由表3可知，604 B相下節(jié)避雷器U1mA初值差超過-5%，上下兩節(jié)避雷器0.75 U1mA都大于50 μA，故604 B相避雷器直流1 mA電壓 （U1mA）及0.75 U1mA下泄漏電流試驗(yàn)結(jié)果均不滿足規(guī)程要求。

3）外施運(yùn)行電壓下避雷器阻性電流與全電流測(cè)量：試驗(yàn)人員對(duì)單節(jié)避雷器施加運(yùn)行電壓進(jìn)行阻性電流和全電流測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 外施運(yùn)行電壓下阻性電流及全電流測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 The test data of resistive and all current under applied voltage

由表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，上節(jié)避雷器阻性電流達(dá)到了全電流的32%，下節(jié)避雷器阻性電流已趨近于全電流，均不滿足規(guī)程要求。

綜合上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可推斷602 B相避雷器內(nèi)部絕緣狀況不良、氧化鋅電阻片特性發(fā)生變化，從而造成交流泄漏電流阻性分量增大明顯，避雷器本體溫度增加。

3.2 解體檢查

為進(jìn)一步檢查避雷器內(nèi)部情況，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分析，對(duì)避雷器進(jìn)行了解體檢查。

避雷器瓷瓶?jī)啥瞬捎媒饘黉X板和防爆膜密封并充有干燥氮?dú)狻Ｏ鹿?jié)避雷器上法蘭處鋁質(zhì)保護(hù)板邊緣有明顯銹蝕，存在密封不良，如圖4所示。密封膠已經(jīng)處于半脫落狀態(tài)，下節(jié)避雷器的第一道密封保護(hù)措施已失效。

圖4 下節(jié)避雷器保護(hù)板Fig.4 The protection board of nether surge arrester

打開下節(jié)避雷器上法蘭處的鋁質(zhì)保護(hù)板，如圖5所示，可見上防爆膜已經(jīng)破裂，金屬板銹蝕嚴(yán)重，防爆膜外側(cè)呈墨綠色。經(jīng)檢查防爆膜破裂處為舊傷痕。

圖5 下節(jié)避雷器防爆膜Fig.5 The explosion-proof membrane rupture of nether surge arrester

下節(jié)避雷器因密封破壞受潮嚴(yán)重，導(dǎo)致避雷器內(nèi)部銹蝕，見圖6和圖7，下節(jié)避雷器芯體上部彈簧與支撐金屬板及下部支撐金屬板都已經(jīng)嚴(yán)重銹蝕。

圖6 下節(jié)避雷器彈簧Fig.6 The spring of nether surge arrester

圖7 下節(jié)避雷器支撐Fig.7 The strut member of nether surge arrester

下節(jié)避雷器芯體，可見因受潮嚴(yán)重，芯體整體呈現(xiàn)淡黃色，內(nèi)部電阻片表面附著白色氧化物。避雷器芯體下端的硅膠袋破損，部分硅膠已經(jīng)氣化，見圖8。

對(duì)上節(jié)避雷器解體檢查，上下法蘭鋁保護(hù)板都密封良好，避雷器密封性未損壞，見圖9。但上防爆膜已破裂，見圖10，可見明顯舊傷痕跡，但因避雷器鋁保護(hù)板密封良好，避雷器內(nèi)部無銹蝕情況。

圖8 避雷器硅膠袋Fig.8 The silicone bag of nether surge arrester

圖9 上節(jié)避雷器保護(hù)板Fig.9 The protection board of upper surge arrester

圖10 上節(jié)避雷器防爆膜Fig.10 The explosion-proof membrane rupture of upper surge arrester

4 原因分析

結(jié)合帶電檢測(cè)、停電試驗(yàn)和解體檢查情況，可判斷604 B相避雷器缺陷原因如下：

下節(jié)避雷器上法蘭處的鋁質(zhì)保護(hù)板密封不良與上防爆膜破裂，使避雷器內(nèi)部不再是密封狀態(tài)，造成避雷器內(nèi)部受潮，從而導(dǎo)致氧化鋅電阻片特性發(fā)生變化，交流泄漏電流阻性分量增大明顯，避雷器溫度升高。

綜合上下兩節(jié)避雷器考慮，都是上防爆膜破裂，且為明顯舊傷痕跡，可以肯定為投運(yùn)之前造成的防爆膜破裂。避雷器芯體只靠上端一個(gè)彈簧緊壓，下端并沒有進(jìn)行固定，如圖6、圖7所示，若在運(yùn)輸過程中，避雷器放倒并受到強(qiáng)力沖擊時(shí)，內(nèi)部芯體將彈簧壓縮并繼續(xù)向前，可能會(huì)撞擊到防爆膜造成防爆膜破裂。

5 結(jié)論與建議

1）604 B相避雷器缺陷原因?yàn)殇X質(zhì)保護(hù)板密封不良與上防爆膜破裂，使避雷器內(nèi)部不再是密封狀態(tài)，造成避雷器內(nèi)部受潮。

2）避雷器在運(yùn)輸過程中應(yīng)注意緊固，防止受到強(qiáng)力沖擊，必要時(shí)可加裝三維沖擊記錄儀或震動(dòng)指示器，以判斷避雷器運(yùn)輸過程中受到的沖擊情況。

3）避雷器阻性電流測(cè)試、紅外熱成像等帶電檢測(cè)技術(shù)能有效發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部缺陷，二者結(jié)合分析可提高設(shè)備缺陷分析診斷的準(zhǔn)確性。

4）避雷器帶電檢測(cè)過程中應(yīng)排除外界干擾因素，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性缺陷，為設(shè)備停電檢修提供可靠依據(jù)。

[1]羅容波，王巖，李國(guó)偉.帶電檢測(cè)技術(shù)在避雷器狀態(tài)診斷中的成功應(yīng)用[J].電瓷避雷器，2011（6）：53-57.LUO Rongbo，WANG Yan，LI Guowei.A successful application of the live detection technology in the diagnosis of lightning arrester state[J].Insulators and Surge Arresters，2011（6）：53-57.

[2]左文啟，顧淵博.220 kV金屬氧化物避雷器紅外熱缺陷及處理分析[J].電瓷避雷器，2010（1）：26-28.ZUO Wenqi，GU Yuanbo.Thermal defect of 220 kV MOA by infrared diagnosis and field treatments analysis[J].Insulators and Surge Arresters，2010（1）：26-28.

[3]葛猛，韓學(xué)坤，陶安培.金屬氧化物避雷器電阻片老化缺陷的診斷及原因分析[J].高壓電器，2009，45（3）：145-147.GE Meng，HAN Xuekun，TAO Anpei.Diagnosising and analysising the aged flaw of MOA valve piece[J].High Voltage Apparatus，2009，45（3）：145-147.

[4]段建家，何智強(qiáng)，范敏.一起500 kV金屬氧化物避雷器事故分析[J].電瓷避雷器，2014（3）：79-83.DUAN Jianjia，HE Zhiqiang，F(xiàn)AN Min.Analysis on a 500 kV metal oxide arrestor accident[J].Insulators and Surge Arresters，2014（3）：79-83.

[5]黃松波，黃濤，區(qū)偉斌，等.500 kV MOA劣化的帶電測(cè)試及原因分析[J].高電壓技術(shù)，2003，29（10）：58-59.HUANG Songbo，HUANG Tao，OU Weibin，et al.On-line Detection and analysis of the deteriorated 500 kV MOA[J].High Voltage Engineering，2003，29（10）：58-59.

[6]李慶玲，程濟(jì)兵，張明智.避雷器的常見故障及紅外診斷[J].電瓷避雷器，2007（2）：30-33.LI Qingling，CHENG Jibing，ZHANG Mingzhi.Usual failure and infrared diagnose of arrester[J].Insulators and Surge Arresters，2007（2）：30-33.

[7]楊殿成.金屬氧化物避雷器帶電測(cè)試干擾分析[J].高壓電器，2009，45（5）：130-132.YANG Diancheng.Study on interphase interference to online measurement of metal oxide arrester[J].High Voltage Apparatus，2009，45（5）：130-132.

[8]李順堯.金屬氧化物避雷器測(cè)試方法對(duì)比分析[J].高壓電器，2010，46（3）：94-97.LI Shunyao.Comparison and analysis of MOA test methods[J].High Voltage Apparatus，2010，46（3）：94-97.

[9]李紅蕾，桑建平，姜偉軍，等.淺析MOA泄漏電流測(cè)試方法[J].電瓷避雷器，2006（2）：40-43.LI Honglei，SANG Jianping，JIANG Weijun，et al.Analyze of the methods for MOA′s leakage current[J].Insulators and Surge Arresters，2006（2）：40-43.

[10]蔡偉賢，陳蓓.提高氧化物避雷器帶電測(cè)試準(zhǔn)確性的探討[J].電瓷避雷器，2011（4）：63-67.CAI Weixian，CHEN Bei.Discussion on improving accuracy of MOA live testing[J].Insulators and Surge Arresters，2011（4）：63-67.

[11]萬四維.金屬氧化物避雷器缺陷與阻性電流關(guān)系的分析探討[J].電瓷避雷器，2007（5）：31-34.WAN Siwei.Approach to correlation of MOA defaults with its resistive current[J].Insulators and Surge Arresters，2007（5）：31-34.

[12]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，DL/T 664—2008.帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[13]中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.DL/T 596—2005，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[14]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，GB 11032—2010.交流無間隙金屬氧化物避雷器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[15]國(guó)家電網(wǎng)公司，DW 1168—2013.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

The Defect Analysis of MOA on the Basic of Live Detection Technology

FAN Min1， XIE Jia2， JIANG Fangcai2， WANG Jia3
（1.State Gird Hunan Electric Power Corporation Research Institute， Changsha 410007， China； 2.State Gird Hunan Electric Power Corporation Yiyang Branch Office， Yiyang 413000， China； 3.China Energy Engineering Group Co.， Ltd.，Hunan Electric Power Design Institute， Changsha 410007， China）

MOA is used in power system widely and it's the main equipment for overvoltage protection.MOA may appear thermal or insulation defect after long running.It was introduced that a typical case of discovering arrester detect which was used by infrared thermal imaging and resistance current.The detection results were confirmed by de-energized tests and disassemble check.The reasons of defects are not good sealing and explosion-proof membrane rupture，and they made surge arrester not sealed and be affected with damp.Resistance current with infrared thermal imaging can discover the inner defect of arrester effectively.The advice for arrester live detection in transformer substation was put forward finally.

MOA；live detection；infrared thermal imaging；resistance current

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.02.013

2016-01-12

范敏 （1987—），男，工程師，主要從事高壓開關(guān)試驗(yàn)和帶電檢測(cè)技術(shù)研究工作。