帶電檢測(cè)在氧化鋅避雷器故障診斷中的應(yīng)用

唐鐵英

（杭州市電力局，杭州 310009）

氧化鋅避雷器（Metal Oxide Arrester，簡(jiǎn)稱MOA）因具有保護(hù)特性好、通流容量大和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，已逐步取代傳統(tǒng)SiC避雷器。但在實(shí)際運(yùn)行中，MOA的爆炸事故也時(shí)有發(fā)生，其主要原因是阻性分量增大，損耗劇增，引起熱崩潰[1-4]。根據(jù)浙江省電力公司《關(guān)于調(diào)整110 kV及以上新投產(chǎn)輸變電設(shè)備首次停電例行試驗(yàn)周期的通知》，對(duì)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)論為良好的設(shè)備，其首檢周期可延長(zhǎng)到4年。隨著設(shè)備首檢時(shí)間的延長(zhǎng)以及狀態(tài)檢修的深入開展，避雷器停電試驗(yàn)的機(jī)會(huì)越來越少，帶電檢測(cè)以及在線監(jiān)測(cè)在一定程度上決定了對(duì)避雷器絕緣狀況的判斷。本文通過一例由阻性電流和紅外熱成像等帶電檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障案例，分析說明帶電檢測(cè)在避雷器絕緣診斷中的有效性和重要性。

1 氧化鋅避雷器的帶電測(cè)試方法

1.1 阻性電流測(cè)試

阻性電流測(cè)試是用高靈敏度的鉗形電流互感器在MOA的接地引下線取總電流信號(hào)，從電壓互感器二次側(cè)取電壓信號(hào)，進(jìn)而測(cè)量流經(jīng)避雷器的全電流Ix的有效值、阻性電流Ir的峰值以及功率損耗的平均值，判斷和發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部故障。

由于一字形排列的三相MOA存在雜散電容，測(cè)量時(shí)常利用移相法進(jìn)行校正，即認(rèn)為A，C兩相同時(shí)對(duì)B相產(chǎn)生影響，雜散電容的效果相互抵消，而流過B相的電流為真實(shí)電流，不需要進(jìn)行校正。

1.2 紅外成像診斷技術(shù)

紅外測(cè)溫是利用物體的輻射能與溫度的關(guān)系，以非接觸的方式對(duì)設(shè)備內(nèi)部熱故障進(jìn)行觀測(cè)和記錄，主要用于測(cè)量因功率損耗而引起的溫度變化。MOA在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)熱量比較小，并且整體熱場(chǎng)分布均勻，有時(shí)呈現(xiàn)上、下兩端溫度偏低，而中部稍高的現(xiàn)象，整體最大溫差在1 K范圍內(nèi)，相間溫差也很小[5]。當(dāng)MOA發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起阻性電流或功率損耗增加，且故障的發(fā)熱功率與設(shè)備運(yùn)行電壓的平方成正比，與負(fù)荷電流的大小無(wú)關(guān)，表現(xiàn)為溫度上高下低（或表面溫度場(chǎng)等溫線呈倒三角）不均勻的熱場(chǎng)分布，此時(shí)，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。因此，利用這些特點(diǎn)就可通過紅外測(cè)溫來判斷設(shè)備是否存在缺陷。

2 避雷器故障診斷案例

2.1 帶電檢測(cè)過程

2011年3月12日，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)某線路避雷器A相在線監(jiān)測(cè)儀全電流讀數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。為確定設(shè)備具體情況，修試人員進(jìn)行了紅外熱像檢測(cè)和帶電阻性電流測(cè)試。

該避雷器型號(hào)為Y10W-100/260W，2000年3月出廠。試驗(yàn)人員在進(jìn)行紅外熱像檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)A相有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，A相最高溫度為20.7℃，而B，C兩相最高溫度分別為15.4℃和16.1℃，A相與其他兩相的最高溫差為5.3 K。根據(jù)DL/T 664-2008《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》，懷疑避雷器內(nèi)部存在電壓致熱性缺陷。

隨后試驗(yàn)人員用阻性電流測(cè)試儀（AI-6106）對(duì)避雷器進(jìn)行阻性電流帶電測(cè)試。測(cè)試環(huán)境溫度12℃，濕度68%，采用禁用補(bǔ)償三相同測(cè)的方法，參考電壓選取正母TVA相66.79 kV，測(cè)試結(jié)果見表1。從表1中可以看出，與B相和C相比較，避雷器A相的交流泄漏全電流Ix增大約123%和113%；阻性電流Irp增加約11倍和10倍。阻性電流Irp在交流泄漏全電流Ix中所占比例達(dá)88.6%，而正常情況應(yīng)小于20%，功率損耗明顯增大，電流電壓相角Φ下降至57.78°，而正常情況應(yīng)為77°～87°，可見帶電測(cè)試結(jié)果不合格。

表1 阻性電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)（變電站現(xiàn)場(chǎng)）

紅外成像測(cè)試和阻性電流測(cè)試結(jié)果表明，避雷器A相內(nèi)部有故障，需立即停電檢修。

2.2 停電試驗(yàn)

為證實(shí)現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試分析判斷的正確性，2011年3月14日，試驗(yàn)人員在工區(qū)工場(chǎng)對(duì)該線路避雷器進(jìn)行了直流1 mA參考電壓、75%直流1 mA參考電壓下泄漏電流值、工頻1 mA參考電壓的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。此外，還進(jìn)行了外施電壓下阻性電流測(cè)試，也采用禁用補(bǔ)償單相測(cè)試的方法，外施電壓63.5 kV，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度17℃，濕度66%。測(cè)試儀器為交直流電壓分壓器KVMD-100、多功能數(shù)顯千伏表GF-3和阻性電流測(cè)試儀AI-6106。

表3 阻性電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)（工區(qū)工場(chǎng)間）

由表2數(shù)據(jù)可知，A相直流1 mA參考電壓初值差達(dá)-11.26%，遠(yuǎn)大于規(guī)程要求的5%，且電壓遠(yuǎn)小于要求的145 kV；75%直流1 mA參考電壓下泄漏電流達(dá)442 μΑ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)程要求的50 μΑ；工頻1 mA參考電壓較其余兩相下降約31%。根據(jù)Q/GDW-168-2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》可知，3項(xiàng)停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)均不合格。從表3中的外施電壓下阻性電流測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，三相變化情況與現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試結(jié)果基本吻合，從而進(jìn)一步確定A相避雷器存在嚴(yán)重缺陷，證實(shí)了現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試結(jié)果的有效性。

表2 停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 解體檢查

為進(jìn)一步查明故障原因，檢修人員對(duì)該線路避雷器A，B兩相進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)：A相的氧化鋅電阻閥片表面釉層有明顯的閃絡(luò)痕跡，而B相電阻片表面釉層光潔發(fā)亮；A相避雷器兩端蓋板銹蝕嚴(yán)重，防爆板表面已全部呈現(xiàn)綠色銅銹，金屬附件上也呈現(xiàn)銹蝕和鋅白，某些部分有紅褐色銹斑和黑色粉末；避雷器密封膠圈彈性明顯變差，存在一定程度的老化現(xiàn)象，分析認(rèn)為采用的密封圈材質(zhì)較差。

解體后，試驗(yàn)人員將電阻片從頭部開始依次分為1，2，3段，并進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。從表4數(shù)據(jù)可以看出，A相電阻片各段絕緣電阻值明顯變小，從而使絕緣性能大大降低，而B相電阻片絕緣電阻值合格。

表4 解體后絕緣電阻數(shù)據(jù) ΜΩ

2.4 原因分析

根據(jù)解體檢查情況，結(jié)合紅外熱像圖和電氣試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為缺陷主要原因是由于組裝時(shí)環(huán)境濕度太大，潮氣隨電阻片帶入MOA內(nèi)腔，或由于密封不嚴(yán)引起內(nèi)部受潮。

（1）避雷器腔體內(nèi)的水汽及受潮的電阻片引起局部放電，使電阻片釉面高溫碳化留下電弧痕跡，電弧放電在腔內(nèi)產(chǎn)生高溫，使瓷套表面溫度升高，因而通過紅外成像技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。

（2）電阻片受潮后，在通過阻性電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，使電阻片溫度升高，將潮氣趕出，形成微量水分，從而加大了MOA內(nèi)腔的相對(duì)濕度，當(dāng)周圍環(huán)境溫度降低時(shí)，密封在MOA內(nèi)的水分遇冷凝結(jié)并吸附在電阻片和瓷套內(nèi)壁表面，造成電阻片泄漏電流增大或瓷套閃絡(luò)電壓降低。

（3）解體發(fā)現(xiàn)避雷器的密封膠圈存在老化現(xiàn)象，若密封膠圈永久性壓縮變形的指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，也會(huì)導(dǎo)致避雷器密封失效，從而使潮氣或水分侵入。

3 結(jié)論

為防止出現(xiàn)上述情況，MOA制造廠家應(yīng)努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，重視MOA結(jié)構(gòu)的密封設(shè)計(jì)、總裝環(huán)境等，電力部門則應(yīng)提高技術(shù)監(jiān)督力度，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)；設(shè)備運(yùn)行維護(hù)單位要加強(qiáng)巡視，定期檢查泄漏電流，并定期開展避雷器阻性電流測(cè)試和紅外熱成像測(cè)試等帶電測(cè)試工作。

目前，阻性電流測(cè)試和紅外測(cè)溫工作已普遍開展，但仍需不斷提高測(cè)試技能，注重試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備故障定性和定位的分析能力，在試驗(yàn)過程中注意排除各種干擾因素。

（1）阻性電流基波分量Irp和電流電壓相角Φ的變化能較靈敏地反映避雷器的缺陷，如是否存在受潮、電阻片老化、劣化等情況。

（2）阻性電流測(cè)量的準(zhǔn)確性受多種因素影響，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析時(shí)，要注意參考電壓相位角的選取、測(cè)試設(shè)備的布置和接線、電網(wǎng)運(yùn)行方式、電網(wǎng)諧波及電磁干擾，以及環(huán)境相對(duì)濕度、溫度等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

（3）對(duì)于電壓致熱性缺陷，紅外測(cè)溫時(shí)應(yīng)考慮到設(shè)備絕緣材料對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。電壓致熱性缺陷在設(shè)備外部反映出來的溫度變化通常較小，且會(huì)受絕緣層熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響，如瓷外套的熱傳導(dǎo)系數(shù)比復(fù)合外套的熱傳導(dǎo)系數(shù)小，絕緣材料與閥片間的空氣間隙等，都會(huì)阻礙熱量傳導(dǎo)。

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