氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)原理及缺陷分析

摘要：本文介紹了氧化鋅避雷器及其在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，介紹了氧化鋅避雷器閥片的伏安特性曲線，并解釋了避雷器泄漏電流產(chǎn)生的原因及監(jiān)測(cè)其阻性電流能較靈敏的發(fā)現(xiàn)缺陷，詳細(xì)闡述了避雷器在線監(jiān)測(cè)的內(nèi)部原理、測(cè)量方法，重點(diǎn)介紹了石家莊供電公司在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的兩例典型缺陷，以及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在今后生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：避雷器 在線監(jiān)測(cè) 阻性電流

1 概述

氧化鋅避雷器（以下簡(jiǎn)稱MOA）是一種新型保護(hù)器，它具有非常好的非線性伏安特性。在低電壓（系統(tǒng)標(biāo)稱電壓）作用下，流過避雷器的電流僅為微安級(jí)，所以MOA可以不用串聯(lián)間隙，但由于取消了放電間隙，ZnO閥片將長(zhǎng)期直接承受工頻電壓作用而產(chǎn)生劣化，引起避雷器伏安特性的變化和泄漏電流的增加。在多次釋放雷電能量時(shí)會(huì)造成MOA的劣化和老化，如果不及時(shí)處理會(huì)引起避雷器爆炸。

我公司多年來一直致力于開展、探索避雷器的帶電測(cè)試工作，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是在運(yùn)行電壓下，采用專用儀器測(cè)試電力設(shè)備的絕緣參數(shù)，它能真實(shí)地反映電力設(shè)備在運(yùn)行條件下的絕緣狀況，因此有利于檢測(cè)出內(nèi)部絕緣缺陷。另一方面帶電測(cè)試可以不受停電時(shí)間限制，隨時(shí)可以進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果便于相互比較，并且可以測(cè)得較多帶電測(cè)試數(shù)據(jù)，從而對(duì)設(shè)備絕緣可靠地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有效地保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行。帶電測(cè)試工作的數(shù)據(jù)為今后我公司全面開展實(shí)施狀態(tài)檢修工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文就重點(diǎn)介紹了用二次法測(cè)量MOA泄漏電流的原理、儀器使用及數(shù)據(jù)分析等工作。

2 10kV～220kV氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)原理及方法

MOA作為閥片（碳化硅）避雷器的更新?lián)Q代產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于各種電壓等級(jí)電力網(wǎng)。

2.1 MOA泄漏電流的產(chǎn)生及阻性分量能發(fā)現(xiàn)的缺陷 MOA在運(yùn)行電壓U作用下，通過電阻片的總電流包含容性電流及阻性電流兩部分。容性電流的值取決于電阻片材料介電系數(shù)及幾何尺寸，一般是不隨運(yùn)行時(shí)間而變化的。阻性電流的值取決于電阻片內(nèi)顆粒表層非線性高阻層，是隨運(yùn)行時(shí)間而變化。當(dāng)電阻片劣化或者受潮時(shí)，阻性分量增加。

當(dāng)工頻電壓作用于MOA時(shí)，避雷器相當(dāng)于一臺(tái)有損耗的電容，其中容性電流Ic的大小僅對(duì)電壓分布有意義，也不影響發(fā)熱，而阻性電流Ir則是造成金屬氧化物電阻片發(fā)熱的原因。良好的MOA雖然在運(yùn)行中長(zhǎng)期承受工頻運(yùn)行電壓，流過的持續(xù)電流通常遠(yuǎn)小于工頻參考電流，引起的熱效應(yīng)極微小，不引起避雷器性能的改變。而在避雷器內(nèi)部出現(xiàn)異常時(shí)，主要是閥片嚴(yán)重劣化和內(nèi)壁受潮等阻性分量將明顯增大，并可能導(dǎo)致熱穩(wěn)定破壞，造成避雷器損壞。因此運(yùn)行中定期監(jiān)測(cè)金屬氧化物避雷器的持續(xù)電流的阻性分量，是保證安全運(yùn)行的有效措施。

2.2 泄漏電流在線監(jiān)測(cè)原理及實(shí)際應(yīng)用 檢測(cè)流經(jīng)MOA的阻性電流分量或由此產(chǎn)生的功耗能發(fā)現(xiàn)MOA的缺陷，我們要測(cè)量阻性分量，就需要取試品的端電壓來作為信號(hào)。LCD-4型阻性電流測(cè)量?jī)x就是利用這個(gè)原理。

國(guó)內(nèi)也有廠家根據(jù)這種監(jiān)測(cè)阻性電流的原理生產(chǎn)了AI-6103氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀，可以進(jìn)行全電流的測(cè)量分析，主要目的是測(cè)量MOA的阻性電流，由此判斷MOA受潮和老化程度。

2.3 相間干擾分析 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，一字排開的避雷器，總有相間干擾的影響，造成中間B相通過雜散電容對(duì)A相、C相全電流產(chǎn)生影響，A相Φ減少2°~3°左右，阻性電流增大，C相Φ增大2°~3°左右，阻性電流減小。B相基本不變。這種現(xiàn)象稱為相間干擾。

2.4 實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的典型缺陷 缺陷一：2008年6月17日石家莊供電公司大河變電站2#變10kV側(cè)避雷器的帶電測(cè)試發(fā)現(xiàn)A相單相接地。

如果P、Ir、Ix的試驗(yàn)結(jié)果與歷年記錄相比無顯著變化，或者歷史記錄本身有逐漸的微小變化，說明情況正常；如果和歷史記錄相比有突變，則應(yīng)查明，找出故障加以排除。但是需要注意試驗(yàn)條件的可比性，氣象條件和試驗(yàn)條件等對(duì)試驗(yàn)的影響。

現(xiàn)場(chǎng)分析：①A相阻性電流變化率：（13810-91）/91=150，增大太多，嚴(yán)重超標(biāo)。②表（1）中A相出現(xiàn)明顯差距，可能導(dǎo)致了單相接地故障或者內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重受潮，屬于嚴(yán)重缺陷，此時(shí)ZnO電阻片的運(yùn)行方式在伏安特性曲線中的Ⅱ部分（非線性區(qū)）。應(yīng)立即處理。

當(dāng)天停大河2#主變，立即更換母橋避雷器。更換后，送電帶電測(cè)試母線橋避雷器阻性電流正常。該項(xiàng)缺陷是由于帶電測(cè)試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)明顯增大而發(fā)現(xiàn)的。

缺陷二：2009年11月6日石家莊供電公司大河變電站110kV2#母線避雷器的帶電測(cè)試發(fā)現(xiàn)B相固定底座的螺絲將底座與地短接，致使B相底座絕緣為0，計(jì)數(shù)器表針不起。

現(xiàn)場(chǎng)分析：①?gòu)?1月6日的測(cè)量數(shù)據(jù)看，橫向比較B相所測(cè)數(shù)據(jù)正好為A、C相的一半，縱向比較A、C相數(shù)據(jù)與夏季測(cè)量結(jié)果無明顯變化（夏季溫度高，測(cè)量結(jié)果一般比冬季大）。②2009年11月6日大河110kV 2#母線電壓：AB：116.7kV，BC：114.8kV，CA：115.8kV。三相基本平衡，并不是系統(tǒng)造成B相泄漏電流數(shù)據(jù)正好減小一半。另外當(dāng)天為了確保分析正確，對(duì)儀器也進(jìn)行了校驗(yàn)，對(duì)大河站其余的避雷器進(jìn)行了帶電測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)測(cè)試情況無明顯變化，說明儀器本身沒有問題。③從測(cè)試原理分析，當(dāng)測(cè)試引線接至計(jì)數(shù)器上方時(shí)，將計(jì)數(shù)器短路，避雷器本體的泄漏電流通過儀器的電流互感器入地。而現(xiàn)在測(cè)試數(shù)據(jù)正好為正常時(shí)的一半，說明還有一個(gè)短路支路并聯(lián)存在于計(jì)數(shù)器兩側(cè)。初步分析為底座絕緣可能損壞，將計(jì)數(shù)器短路，致使計(jì)數(shù)器表針不起。

第二天將避雷器停電試驗(yàn)，底座絕緣電阻不合格，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)固定底座的螺絲將底座與地短接，處理后底座絕緣恢復(fù)。送電后計(jì)數(shù)器的電流表指示恢復(fù)正常。該項(xiàng)缺陷是由于帶電測(cè)試數(shù)據(jù)明顯減小而發(fā)現(xiàn)的。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電氣設(shè)備即便都按規(guī)定、按周期做了常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)，但事故仍然時(shí)有發(fā)生，其主要原因之一是由于現(xiàn)有的試驗(yàn)項(xiàng)目和方法往往難以保證在這一個(gè)周期內(nèi)不發(fā)生故障。由于絕大多數(shù)故障在事故前都有先兆，這就要求發(fā)展一種連續(xù)或選時(shí)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，在線監(jiān)測(cè)就是在這種情況下產(chǎn)生的。由于現(xiàn)在不少設(shè)備的運(yùn)行電壓已遠(yuǎn)高于停電后的試驗(yàn)電壓，如能利用運(yùn)行電壓本身對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣情況進(jìn)行試驗(yàn)，這樣就可以大大提高試驗(yàn)的真實(shí)性和靈敏度，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，這是在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要的出發(fā)點(diǎn)。隨著狀態(tài)檢修在今后的生產(chǎn)中的實(shí)施，為在線監(jiān)測(cè)揭開了新的一頁(yè)，在線檢測(cè)技術(shù)也將在我們的工作中起到更好更強(qiáng)的作用。避雷器在線檢測(cè)技術(shù)就是及時(shí)監(jiān)測(cè)避雷器運(yùn)行狀態(tài)的有效手段之一。

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