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)

避雷器作為電網中重要的過電壓保護裝置，是電力系統安全運行的有力保障。近年來，金屬氧化物避雷器（簡稱“MOA”）以其優越的過電壓保護特性而取代了老式的SiC避雷器，在電力系統中得到廣泛應用。

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MOA老化或者閥片受潮后，導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運行參數可簡化等效為一個可變電阻和一個不變電容的并聯電路，如圖1所示。

圖1 MOA等效電路及電流矢量

當運行中的MOA受潮或劣化時，等效電容C或電阻R發生變化，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變化反映出來：在運行電壓下，全電流阻性分量峰值的絕對值增大；在運行電壓下，全電流諧波分量明顯增大；運行電壓下的有功功率損耗絕對值增大；運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：運行中持續電流檢測；紅外熱像檢測；高頻局部放電檢測。但目前并無很好統一的方法來對帶電檢測數據進行分析判斷。

2.1.1 運行中持續電流檢測

運行中持續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，但目前國內外公認的比較精確、有效的MOA性能檢測方法是二次電壓法。

圖2 二次電壓法試驗接線示意

現場試驗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確判斷，且現場使用方便、操作簡單，適應MOA各種運行條件。

2.1.2 紅外熱像檢測

紅外熱像檢測技術主要是利用紅外熱像儀探測物體發出的紅外輻射，并將物體輻射的功率信號轉換成電信號，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是指對頻率介于3～30MHZ的局部放電信號進行采集、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，依據信號的等效時長和等效頻率對系統采集到的信號中的各種成分進行分離分類，再將其放電特征與專家庫中的放電特征進行比較，能夠靈敏的識別設備故障。

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2.2 帶電診斷的方法

對MOA帶電檢測結果進行判斷時，除了參考《電力設備帶電檢測技術規范》標準規定外，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系判斷

在持續運行電壓下其有功功率損耗（阻性電流IR）比較小，阻性電流IR應小于全電流IX的25%。當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10%＜IR／IX＜20%時，一般可判別 MOA 運行良好；當 25%＜IR／IX＜40%，可增加檢測頻度、密切關注變化趨勢，并做數據跟蹤分析；當IR／IX在40%以上時，應退出運行，進一步分析故障原因。

2.2.2 利用電流超前電壓角度判斷

當運行中的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性能進行評價

表1 MOA相角性能評價表

實際上，φ＜80°時應當引起注意。評價MOA性能時，應考慮直線排列的三相避雷器，相間干擾產生誤差：U相φ值減小2°，W相φ值增大 2°。

2.2.3 利用諧波數據分析判斷

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，一般表現為污穢嚴重或內部受潮，如果阻性電流諧波的增長較大，基波增長不明顯一般變現為老化。

2.2.4 結合紅外測溫、高頻局放進行聯合診斷

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

3 實例分析

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，發現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據比較均有逐年遞增趨勢。次日進行了帶電診斷試驗，試驗項目為阻性電流測試、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據如表2所示（使用AI－6103型儀器）。

表2 電流法歷次帶電檢測數據

橫向分析表2可知，投運后至2009年6月，U、V、W三相的全電流、阻性電流、有功功率損耗數據均比較接近，相差不大。2010年10月后，U相與V、W對應數據比較，相差較大。縱向比較表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月的測試數據與上次測試相比，增加較為明顯。

3.2 紅外診斷

發現帶電檢測數據異常后，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相略顯發亮；V、W相MOA上下節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相上半部出現了明顯的區域性溫度升高，下半部溫度呈現下降趨勢，說明該避雷器部分閥片非線性特性出現變化，電位分布不均衡，阻性電流和功率輸出不均導致散熱不均所致。

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，并與分析驗證，判斷該避雷器的閥片出現了劣化，立即將其退出了運行，從而避免了一起惡性事故的發生。這是一次應用帶電檢測技術判斷金屬氧化物避雷器運行狀態的成功案例。

4 結語

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行中的缺陷，從而對出現的問題進行及時的改善，保障電網系統運行的安全。

[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分析[J].高電壓技術,2008,1.