金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)及其故障原因分析

王鵬

摘要：避雷器作為電力系統(tǒng)重要一次設(shè)備，承擔(dān)著保護(hù)系統(tǒng)輸變電設(shè)備絕緣作用，使其免于遭受過(guò)電壓的危險(xiǎn)，其運(yùn)行故障將將對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成巨大影響。金屬氧化物避雷器因具有響應(yīng)速度快、伏安特性平滑、通流量大、壽命長(zhǎng)、殘壓低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是近些年，運(yùn)行中的金屬氧化物避雷器隨著運(yùn)行年限增加、內(nèi)部和外部環(huán)境等的變化，導(dǎo)致其出現(xiàn)缺陷故障、甚至爆炸事故時(shí)有發(fā)生，給電力系統(tǒng)造成了很大經(jīng)濟(jì)損失和影響。

關(guān)鍵詞：氧化物避雷器;帶電檢測(cè);異常處理;狀態(tài)檢修

引言

金屬氧化物避雷器（MOA）具有多種優(yōu)點(diǎn)，包括通流容量大、非線性良好等，因而在當(dāng)前電力系統(tǒng)中，MOA是極為重要的一種電氣設(shè)備，通過(guò)利用MOA，能夠?qū)Σ僮鬟^(guò)電壓、雷電過(guò)電壓進(jìn)行有效限制。不過(guò)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果沒(méi)有密封好避雷器或者長(zhǎng)時(shí)間處于電壓作用影響下，電阻片便極易出現(xiàn)受潮、劣化等現(xiàn)象，大大提高泄漏電流值，提高電阻片的溫度，嚴(yán)重時(shí)，甚至可能發(fā)生避雷器爆炸等嚴(yán)重事故。所以，整個(gè)電力系統(tǒng)能否安全運(yùn)行，深受避雷器運(yùn)行狀況的影響。為及時(shí)監(jiān)控避雷器的運(yùn)行狀況，在每年雷雨季節(jié)到來(lái)之前，變電站一定要詳細(xì)測(cè)試避雷器。避雷器測(cè)試方法包括：停電試驗(yàn)：直流1mA下的電壓、075U1mA下的泄漏電流，絕緣電阻;帶電檢測(cè)：紅外檢測(cè)、紫外成像檢測(cè)、監(jiān)測(cè)器動(dòng)作次數(shù)檢查、帶電檢測(cè)運(yùn)行電壓下的阻性電流和全電流等，下面重點(diǎn)介紹金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)技術(shù)。

1金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)基本原理

此種避雷器的主要構(gòu)成部分為氧化鋅閥片，其中不存在任何間隙，有效克服傳統(tǒng)避雷器中由于存在間隙而產(chǎn)生的放電時(shí)限以及其他誘發(fā)問(wèn)題。由于氧化鋅閥片屬于氧化鋅物質(zhì)與其他微量金屬燒結(jié)而成，在電壓經(jīng)過(guò)時(shí)幾乎會(huì)全部都施加在晶界層當(dāng)中，使避雷器中經(jīng)過(guò)的電流變小。隨著電壓的不斷提升，晶界層中的電阻由高變低，進(jìn)而產(chǎn)生較大的通流量。在避雷器運(yùn)行的過(guò)程中，受到交流電壓的影響，經(jīng)過(guò)的泄漏電流類型為2種，一種為阻性電流，另一種為容性電流。其中，前者只占較少的一部分，大約5%～20%，對(duì)避雷器進(jìn)行帶電檢測(cè)的過(guò)程中，阻性電流量顯著提升，φ（U與I之間的相位差）減小，有功功率提升，進(jìn)而對(duì)避雷器內(nèi)部器件老化、受潮等提供參考依據(jù)。在正常電壓情況下，用I代表總泄漏電流，可以將其劃分為阻性電流與電流2種，用IR代表阻性電流，用Ic代表容性電流，用U代表工作電壓，各電流間的關(guān)系可表達(dá)為IR=I×cosφ，Ic=I×sinφ。從公式中能夠看出，一旦避雷器發(fā)生劣化反映，則電阻與電容的數(shù)值將發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致參數(shù)Ic，IR與I等各項(xiàng)參數(shù)均發(fā)生不同程度的改變。在常用的檢測(cè)儀器中，通常是取電壓與電流的數(shù)值，以及經(jīng)過(guò)傅里葉變換之后得出的全阻性電流、阻性電流基波值。

2金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)及其故障原因分析

2.1原因分析

由于金屬氧化物避雷器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部介質(zhì)單一的特點(diǎn)，因此受潮、電阻片老化是金屬氧化物避雷器產(chǎn)生缺陷的主要原因。結(jié)合帶電檢測(cè)、停電試驗(yàn)與解體檢查的結(jié)果可判斷產(chǎn)生缺陷的具體原因?yàn)椋好芊鉅顩r差導(dǎo)致機(jī)體進(jìn)水受潮，或使用了質(zhì)量不過(guò)關(guān)的氧化鋅電阻片，使其在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異常老化、劣化的缺陷。此外，近年來(lái)避雷器附件缺陷率逐漸增高，在使用過(guò)程中因質(zhì)量問(wèn)題也會(huì)引發(fā)故障[2]。同時(shí)，部分制造廠家盲目追求經(jīng)濟(jì)效益，以次充好，他們?yōu)楸芾灼魃a(chǎn)的配套附件質(zhì)量低劣，不符合生產(chǎn)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2檢測(cè)方法

2.2.1MOA在線式帶電檢測(cè)法

漏電流指示型計(jì)數(shù)器是MOA在線式帶電檢測(cè)方法中的主要設(shè)備。其中，漏電流指示型計(jì)數(shù)器不但具有傳統(tǒng)避雷器計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能，而且在長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行電壓環(huán)境下，漏電流指示型計(jì)數(shù)器還具有能夠?qū)OA的漏電流值進(jìn)行長(zhǎng)期指示的功能，在過(guò)電壓下，也能對(duì)避雷器的動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行有效記錄。在對(duì)MOA的泄漏電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，原則上講，由于避雷器的劣化程度只能夠由阻性電流產(chǎn)生的功耗反映出來(lái)，因此應(yīng)對(duì)阻性電流的峰值進(jìn)行測(cè)量。不過(guò)因?yàn)樽栊噪娏鳒y(cè)試回路是比較復(fù)雜的，如果采用一般監(jiān)測(cè)器，只能對(duì)MOA全電流的有效值進(jìn)行測(cè)量。但是如果選用JSM-2型漏電流指示型計(jì)數(shù)器或者JSM-1型漏電流指示型計(jì)數(shù)器，不但能夠簡(jiǎn)單測(cè)量出MOA全電流的有效值，而且能對(duì)避雷器的故障情況進(jìn)行充分反映。因此直接測(cè)量阻性電流能反映金屬氧化物避雷器的健康狀況。為了準(zhǔn)確測(cè)到避雷器運(yùn)行工況下真實(shí)阻性電流需進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)脑砭褪浅槿∠到y(tǒng)電壓補(bǔ)償泄漏電流中的容性電流分量，以得到阻性電流分量。容性電流超前系統(tǒng)電壓90°，因此將系統(tǒng)電壓前移90°并反相將容性電流補(bǔ)償?shù)?。通過(guò)安裝在避雷器上的傳感器，可持續(xù)對(duì)避雷器的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到接地回路中存在超過(guò)檢測(cè)閾值的電流時(shí)，傳感器將這些信息存儲(chǔ)于傳感器內(nèi)存中，比如時(shí)間、波性幅值范圍等，然后根據(jù)系統(tǒng)所需，可手動(dòng)或自動(dòng)地按時(shí)間設(shè)定值讀取這些波性參數(shù)和測(cè)量其泄漏電流。

2.2.2解體檢查

通過(guò)解體檢查的方式對(duì)避雷器的內(nèi)部情況進(jìn)行深入分析，采用金屬鋁板與防爆膜對(duì)避雷器兩端密封，將干燥的氮?dú)馓钊肫渲?，發(fā)現(xiàn)下法蘭處的保護(hù)板周圍存在明顯的銹蝕跡象，密封不良，密封膠的一半已經(jīng)脫落，第一道密封保護(hù)失效。將此處的保護(hù)板打開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)防爆膜已經(jīng)破裂，金屬板遭到嚴(yán)重的銹蝕，并呈現(xiàn)出墨綠色的銹蝕痕跡。芯體上部的彈簧與金屬板相接位置也已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的銹蝕痕跡，芯體整個(gè)呈現(xiàn)出淡黃色，電阻片的表面附著些許白色氧化物，下端的硅膠袋已經(jīng)破裂，并且具有明顯的傷痕。

2.2.3停電試驗(yàn)與解體

為確認(rèn)金屬氧化物避雷器的缺陷原因，因此需要按照相關(guān)規(guī)程對(duì)避雷器進(jìn)行停電試驗(yàn)與解體檢查。（1）停電試驗(yàn)。停電試驗(yàn)主要是檢測(cè)避雷器漏電電流以及底座的絕緣電阻?！遁斪冸娫O(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定：金屬氧化物避雷器U1mA的初值差應(yīng)不超過(guò)±5%且不低于《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》的規(guī)定值，0.75U1mA漏電電流初值差小于30%或小于50μA。通過(guò)總結(jié)學(xué)者們的相關(guān)停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部絕緣狀況較差，阻性電流分量由于氧化鋅電阻片的特性發(fā)生變化而增加，從而致使避雷器本體溫度增加。（2）解體檢查。對(duì)避雷器進(jìn)行解體檢查以進(jìn)一步了解避雷器內(nèi)部狀況，并驗(yàn)證上述試驗(yàn)結(jié)果。采用金屬鋁板與防爆膜在避雷器的瓷瓶?jī)啥嗣芊?，填充干燥的氮?dú)?，下?jié)避雷器鋁質(zhì)保護(hù)板邊緣有明顯銹蝕、防爆膜破裂、密封狀況較差，芯體受潮嚴(yán)重。

結(jié)語(yǔ)

避雷器采取紅外精確測(cè)溫、全電流和阻性電流測(cè)試能有效發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中避雷器的潛在缺陷，兩者相結(jié)合，互相驗(yàn)證，能夠?yàn)楸芾灼鳡顟B(tài)檢修提供一定參考。當(dāng)避雷器閥片受潮不嚴(yán)重時(shí)，與歷史數(shù)據(jù)相比，表現(xiàn)為全電流變化不大但阻性電流增加明顯，因此應(yīng)重視避雷器阻性分量的變化，對(duì)異常數(shù)據(jù)采取縱向及橫向進(jìn)行對(duì)比分析。

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