金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)診斷方法

劉敏

摘要：為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，開展金屬氧化物避雷器（簡(jiǎn)稱“MOA”）的帶電檢測(cè)顯得尤為重要，通過(guò)檢測(cè)阻性電流增長(zhǎng)趨勢(shì)對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)診斷。因此，本文介紹了金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)的原理，分析金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)和診斷的方法。

關(guān)鍵詞：金屬氧化物避雷器；帶電檢測(cè)；阻性電流；狀態(tài)診斷

近年來(lái)，金屬氧化物避雷器（簡(jiǎn)稱“MOA”）以其優(yōu)越的過(guò)電壓保護(hù)特性而取代了老式的SiC避雷器，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。由于MOA取消了串聯(lián)問(wèn)隙，在正常運(yùn)行電壓下，還承受其他沖擊電壓作用，當(dāng)電流流過(guò)閥片，電流中的有功分量將使閥片發(fā)熱，從而加速閥片老化，造成閥片非線性電阻特性劣化，進(jìn)而阻性電流增加，長(zhǎng)期作用最終將導(dǎo)致MOA熱穩(wěn)定性破壞，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致變電站母線短路，從而影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1、金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)原理

MOA是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型避雷器，主要由多個(gè)氧化鋅電阻片串聯(lián)而成，并通過(guò)一定的連接方式使之固定在絕緣瓷套中。在交流電壓下，流過(guò)MOA的電流包含阻性電流（有功分量）和容性電流（無(wú)功分量）。在正常情況下流過(guò)避雷器的主要為容性電流，阻性電流相對(duì)較小，僅占很小一部分約為10%～20%，但是，當(dāng)MOA 老化或者閥片受潮后，導(dǎo)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(yùn)行參數(shù)可簡(jiǎn)化等效為一個(gè)可變電阻和一個(gè)不變電容的并聯(lián)電路，如圖1所示。

當(dāng)運(yùn)行中的MOA受潮或劣化時(shí)，等效電容C或電阻R 發(fā)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φ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(shù)變化反映出來(lái)：

a.在運(yùn)行電壓下，全電流阻性分量峰值的絕對(duì)值增大；

b.在運(yùn)行電壓下，全電流諧波分量明顯增大；

C.運(yùn)行電壓下的有功功率損耗絕對(duì)值增大；

d.運(yùn)行電壓下的全電流的絕對(duì)值增大，但不一定明顯。

可見，當(dāng)電阻片老化、避雷器受潮、內(nèi)部絕緣部件受損以及表面嚴(yán)重污穢時(shí)，容性電流變化不大，阻性電流大大增加，所以，目前金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)的主要手段是帶電檢測(cè)避雷器的阻性電流。

2、金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)和診斷的方法

2.1 帶電檢測(cè)的方法

目前MOA帶電檢測(cè)方法主要分為3類：運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)；紅外熱像檢測(cè)；高頻局部放電檢測(cè)。但目前并無(wú)很好統(tǒng)一的方法來(lái)對(duì)帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。

2.1.1 運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)

運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)主要是檢測(cè)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(duì)電阻片初期老化的反應(yīng)比較靈敏。采用的帶電檢測(cè)方法主要有電流法、二次電壓法、諧波法（多次諧波法、3次諧波法）、容性電流補(bǔ)償法等，但目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的比較精確、有效的MOA性能檢測(cè)方法是二次電壓法。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明二次電壓法既能測(cè)量阻性電流基波分量，也能測(cè)量阻性電流各次諧波成分，對(duì)避雷器受潮以及電阻片老化情況均能準(zhǔn)確判斷，且現(xiàn)場(chǎng)使用方便、操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)MOA各種運(yùn)行條件。

2.1.2 紅外熱像檢測(cè)

紅外熱像檢測(cè)技術(shù)主要是利用紅外熱像儀探測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射，并將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)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(yīng)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(fā)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(guò)紅外熱像儀即能檢出設(shè)備溫度變化。

2.1.3 高頻局部放電檢測(cè)

高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)是指對(duì)頻率介于3～30MHz的局部放電信號(hào)進(jìn)行采集、分析、判斷的一種檢測(cè)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(hào)，依據(jù)信號(hào)的等效時(shí)長(zhǎng)和等效頻率對(duì)系統(tǒng)采集到的信號(hào)中的各種成分進(jìn)行分離分類，再將其放電特征與專家?guī)熘械姆烹娞卣鬟M(jìn)行比較，能夠靈敏的識(shí)別設(shè)備故障。

2.2 帶電診斷的方法

對(duì)MOA帶電檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判斷時(shí)，除了參考《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(guān)系判斷

在持續(xù)運(yùn)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(yīng)小于全電流IX的25%。當(dāng)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(dāng)l0%

2.2.2 利用電流超前電壓角度判斷

當(dāng)運(yùn)行中的MOA受潮或劣化時(shí)，全電流、阻性電流、容性電流都將增大，但阻性電流的增加遠(yuǎn)大于容性電流增加量，電壓電流夾角 將減小。因此，可以通過(guò)φ（90o ?φ相當(dāng)于介損角）值判斷更有效。φ大多在81o～86o。按“阻性電流不能超過(guò)總電流的25%”要求，不能小于75.5o，因此，可按照表l對(duì)MOA性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

實(shí)際上，φ<80o時(shí)應(yīng)當(dāng)引起注意。評(píng)價(jià)MOA性能時(shí)，應(yīng)考慮直線排列的三相避雷器，相間干擾產(chǎn)生誤差：U相φ值減小2o，w 相φ值增大2o。

2.2.3 利用諧波數(shù)據(jù)分析判斷

如果阻性電流占全電流的百分比明顯增長(zhǎng)，其中，基波的增長(zhǎng)幅度較大，諧波的增長(zhǎng)不明顯，一般表現(xiàn)為污穢嚴(yán)重或內(nèi)部受潮，如果阻性電流諧波的增長(zhǎng)較大，基波增長(zhǎng)不明顯一般變現(xiàn)為老化。

2.2.4 結(jié)合紅外測(cè)溫、高頻局放進(jìn)行聯(lián)合診斷

受潮初期，通常首先引起故障元件自身發(fā)熱增加；受潮嚴(yán)重后，對(duì)于多元件結(jié)構(gòu)的MOA，可引起非故障元件發(fā)熱超過(guò)故障元件發(fā)熱，表現(xiàn)出局部熱特征，引起局部放電效應(yīng)。老化則表現(xiàn)為整體或多個(gè)元件普遍發(fā)熱的特征，但是，如果各閥片老化程度不同，也可表現(xiàn)為分布電壓不均勻和局部發(fā)熱輕重程度不一的特征。因此，利用這些特點(diǎn)就可通過(guò)紅外測(cè)溫、高頻局部放電來(lái)判斷設(shè)備是否存在缺陷。

3、結(jié)論及建議

a.檢測(cè)MOA運(yùn)行中持續(xù)電流比較有效的方法是二次電壓法，運(yùn)用此方法可較精確的檢測(cè)MOA運(yùn)行中阻性電流，對(duì)發(fā)現(xiàn)避雷器早期缺陷非常有效，通過(guò)阻性電流的變化能比較靈敏的對(duì)電阻片初期老化反應(yīng)做出判斷，從而對(duì)避雷器進(jìn)一步運(yùn)行狀況提出正確指導(dǎo)意見。

b.對(duì)帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷時(shí)，除了參考規(guī)范外，還可以利用阻性電流與全電流比例關(guān)系、電流超前電壓角度、諧波數(shù)據(jù)變化等方法進(jìn)行分析判斷。在正常運(yùn)行電壓下，MOA 閥片老化后阻性電流高次諧波分量增加明顯，而基波分量相對(duì)增加較小。閥片受潮后，阻性電流基波分量顯著增大，而高次諧波分量增加相對(duì)較小。

c.MOA帶電檢測(cè)全電流、阻性電流異常時(shí)，應(yīng)同時(shí)結(jié)合紅外測(cè)溫、高頻局部放電等試驗(yàn)進(jìn)行聯(lián)合診斷。MOA 電阻片老化后，會(huì)造成避雷器外部溫場(chǎng)畸變，可利用紅外測(cè)溫技術(shù)，對(duì)運(yùn)行中的MOA檢測(cè)，通過(guò)紅外熱像圖特征分析，比較MOA上下部及相間溫差，判斷MOA的運(yùn)行狀況，對(duì)MOA狀態(tài)及故障性質(zhì)做出正確判斷。

d.在實(shí)際工作中，應(yīng)將MOA帶電檢測(cè)工作納入設(shè)備年度試驗(yàn)計(jì)劃，與常規(guī)例行試驗(yàn)相輔相成，緊密結(jié)合，確保電氣設(shè)備保持健康運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張煒，陳宇.金屬氧化物避雷器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析[J].上海電力，2008，21（2）：209-210.

[2] 陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利電力出版社，2009.