利用紅外測溫技術監測避雷器絕緣狀況

鄭 濤，李 犇（廣西電網有限責任公司南寧供電局，廣西南寧530031）

利用紅外測溫技術監測避雷器絕緣狀況

鄭 濤，李 犇（廣西電網有限責任公司南寧供電局，廣西南寧530031）

常用避雷器試驗方法比較單一，主要分為帶電測試及停電測試，帶電測試主要監測運行電壓下避雷器的全電流、阻性電流以及電壓與電流之間的角度。停電測試主要測試避雷器直流參考電壓和75%參考電壓下的直流泄漏電流。帶電測試按照規程每年進行一次，停電測試每三年進行一次，缺點顯而易見，周期比較長，不利于避雷器缺陷的及時發現，本文所探討的內容是如何利用紅外測溫結合避雷器帶電測試和預防性試驗進行避雷器絕緣狀況的監測。

避雷器；紅外測溫；阻性電流；直流參考電壓；75%參考電壓下的直流泄漏電流；監測

1 引言

避雷器是電力系統中的重要電力設備之一。它的作用是當系統中出現危及設備（如發電機、變壓器、互感器、斷路器）的各種類型過電壓時，避雷器就放電，將過電壓限制在一定的數值以內，保護電力設備。當過電壓消失后，避雷器能迅速可靠地滅弧，自動將工頻續流截斷，恢復到電網的正常運行狀態。按放電類型分類分為保護間隙、排氣式避雷器、閥型避雷器、氧化鋅避雷器，變電站常用避雷器多為氧化鋅避雷器，避雷器出現絕緣故障后，可能會引起系統單相接地等嚴重威脅電力系統的安全問題。

2 原理

（1）氧化鋅避雷器結構原理

氧化鋅避雷器（圖1）由一個或并聯的兩個非線性電阻片疊合圓柱構成。它根據電壓等級由多節組成，35～110kV氧化鋅是單節的，220kV氧化鋅是兩節的，500kV氧化鋅是三節的，而750kV氧化鋅則是四節的。內部主要是由閥片組成，閥片由微小氧化鋅晶粒為主要材料，加入一些金屬氧化粉，經過加工成氧化鋅電阻片。閥片具有非線性，正常工作電壓下，只有微安級電阻性電流流過，避雷器的電阻非常大，泄漏電流非常小；在過電壓時避雷器的電阻非常小，大電流泄得越快越好；殘壓低，動作快，安全可靠。

圖1 復合外套ZnO避雷器整體結構示意圖

（2）紅外測溫原理

紅外線指的是波長為0.76～1000μm范圍的電磁波。一切溫度高于絕對零度的物體，時時刻刻都在不停地輻射紅外線，紅外輻射的本質是熱輻射。所謂熱輻射就是從一個輻射熱源沒有經過任何媒介物又無實際接觸，就能把熱傳遞給另外一個物體的傳熱現象。

由光學系統收集目標的紅外輻射，將紅外輻射能量投射到紅外探測器的光敏單元上，探測器將其轉換成電信號，經放大處理，轉換成標準視頻信號，通過電視或監控器，就可以看到紅外圖像。

（3）避雷器帶電測試原理

在運行電壓下，避雷器的總泄漏電流包含阻性電流（有功分量）和容性電流（無功分量）（圖2）。在正常運行情況下，流過避雷器的主要為容性電流，阻性電流只占很小一部分，約為10～20%。當閥片老化、避雷器受潮、內部絕緣部件受損以及表面嚴重污穢時，容性電流變化不多，而阻性電流大大增加，所以測量交流泄漏電流及其有功分量和無功分量是現場監測避雷器的主要方法。

圖2 避雷器帶電測試原理圖

（4）避雷器直流泄漏試驗原理

停電測試主要測試避雷器直流1mA下參考電壓和75%參考電壓下的直流泄漏電流。U1mA主要檢查閥片是否受潮，確定其動作特性和保護特性是否符合要求，以直流電壓和電流方式來表明閥片的伏安特性曲線飽和點的位置。I75%U1mA一般比最大工作相電壓（峰值）要高一些，在此電壓下主要是檢測長期允許工作電流是否符合規定，因為這一電流與MOA的壽命有直接關系，一般在同一溫度下泄漏電流與壽命成反比，通過監測泄漏電流大小以判斷避雷器絕緣狀況。

3 案例分析

2015年12月07日南寧供電局試驗人員對某220kV變電站進行巡視，發現220kV#2母線避雷器A、C相避雷器整體發熱。

3.1 紅外測溫

3.1.1 紅外橫向對比圖

A、C相避雷器整體發熱，相對B相比較溫差在2℃以上，最高溫差2.8℃（圖3）。

分析結果：A、B、C三相避雷器最高溫度差異較大，溫差達到2.8K；A、C相上下節發熱，熱點較為均勻，整體發熱，考慮存在異常。

3.1.2 紅外單相對比圖

為了更準確的判斷避雷器發熱的具體位置，我們對A、C兩相進行了進一步分析（圖4～5）。

圖3 紅外測溫橫向對比圖

圖4 A相上下節分析紅外圖像

圖5 C相上下節分析紅外圖像

分析結果：A、C相上下節R01、R02區域發熱，上下溫差在不同時刻所對應的不同溫差中均有接近甚至超過1℃的情況；判斷A、C相上節發熱引起呈整體發熱。

3.2 避雷器帶電測試數據

試驗人員發現紅外測溫數據異常后，采用避雷器帶電測試方法對避雷器進行全電流及阻性電流測試，試驗數據如表1。

表1 避雷器帶電測試數據

3.3 避雷器直流泄漏試驗數據

由于試驗數據超過規程要求值，經過與調度協商，建議馬上停電進行相關停電試驗，監測避雷器絕緣狀況。試驗人員對避雷器進行直流1mA下參考電壓和75%參考電壓下的直流泄漏電流，試驗數據如表2。

分析表2～3中數據可知：近三年全電流、阻性電流和基波阻性電流都在微量增加，但是變化率都小于25%，遠小于規程停電進行試驗或更換的要求；雖然A、C兩相全電流及阻性電流都比B相要大，由于該組避雷器安裝在220kV母線下方，受到電場干擾較大，所以阻性電流偏差僅做參考；在沒有出廠報告參考的情況下，是無法判斷避雷器運行為正常。結合這次紅外測溫的數據，對220kV××站220kV#2母線避雷器停電進行直流泄漏電流試驗，初步認為U1mA是不存在異常現象的，I75%U1mA滿足 《Q/CSG114002-2011電力設備預防性試驗規程》的要求，但是由于A相上下節、C相下節與B相比較存在較大的差異，特別在整體試驗時更加明顯，可以認定A、C兩相氧化鋅閥片老化程度相對B相而言要嚴重些，不能夠繼續長期運行。

表2 避雷器直流泄漏試驗數據

4 結語

按照常用試驗方法對避雷器進行預防性試驗，試驗周期較長，對于避雷器進行實時監測。由于氧化鋅避雷器閥片老化是一個長久過程，對于泄漏電流以及阻性電流變化不明顯，試驗數據往往都合乎試驗規程要求，造成避雷器故障發現的延誤。經過結合每周一次的紅外測溫試驗，對于避雷器閥片發熱現象發現比較及時，結合常規試驗手段，可以及時發現避雷器閥片老化、受潮及發熱等現象，確保電網安全的萬無一失。

[1]張 紅.高電壓技術（第二版）.中國電力出版社，2009.

[2]中華人民共和國電力行業標準.《電力設備預防性試驗規程》（DL/ T59621996）[S].1996.

[3]王秉鈞.金屬氧化物避雷器.中國經濟出版社，1993.

[4]熊泰昌.電力避雷器.水利水電出版社，2001.

[5]中華人民共和國國家標準.《電氣設備安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB5015022006）[S].2006.

[6]南寧供電局企業標準紅外測溫現場檢測及故障診斷導則.

TM862

A

2095-2066（2016）05-0047-02

2016-2-1

鄭 濤（1983-），男，工程師，本科，主要從事變電檢修類電氣試驗工作。

李 犇（1985-），男，工程師，本科，主要從事電力高壓試驗工作。