對(duì)線路GMOA試驗(yàn)方法的探討

劉傳波，蘇 旸，白佳天，王 祺，謝欣南

(國網(wǎng)撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

對(duì)線路GMOA試驗(yàn)方法的探討

劉傳波，蘇 旸，白佳天，王 祺，謝欣南

(國網(wǎng)撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

近幾年在10～220 kV線路上大量使用GMOA。由于GMOA不承受工作電壓及暫時(shí)過電壓作用，因此，某些生產(chǎn)廠家建議可不進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。近來通過對(duì)GMOA運(yùn)行情況調(diào)查了解，發(fā)現(xiàn)為數(shù)不少的GMOA存在進(jìn)水受潮和硅橡膠傘套失去憎水性現(xiàn)象，為預(yù)防GMOA失去保護(hù)效果，對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)是正確的。線路GMOA多數(shù)運(yùn)行在高山峻嶺中，數(shù)量多、拆卸安裝工作量大，常規(guī)的U1 mA和0.75U1 mA下試驗(yàn)所用的直流發(fā)生器笨重，搬運(yùn)困難，而且需要220 V交流電源，試驗(yàn)難度大。針對(duì)GMOA事故的特點(diǎn)，優(yōu)選出適用于GMOA的試驗(yàn)項(xiàng)目非常必要。本文闡述了優(yōu)選的試驗(yàn)項(xiàng)目的原理和操作步驟，通過理論論證了其可行性和科學(xué)性。

GMOA；硅橡膠傘套；絕緣電阻；噴霧分級(jí)法；憎水性

Abstract:According to the GMOA accident characteristics, the accidents causes of the GMOA are analyzed and the test methods applicable to GMOA are preferred. The principles and steps of the preferred test methods are described, and its feasibility and scientific are demonstrated.

Keywords：GMOA；silicone rubber umbrella sets；insulation resistance；spray grading method；hydrophobic

1 GMOA概述

20世紀(jì)60年代開始研制氧化鋅(ZnO)電阻片(現(xiàn)統(tǒng)稱金屬氧化物電阻片，簡(jiǎn)稱MOR)。70年代用MOR疊置成金屬氧化物避雷器(簡(jiǎn)稱MOA)，MOA又分為無間隙氧化物避雷器(簡(jiǎn)稱WGMOA)和帶串聯(lián)間隙氧化物避雷器(簡(jiǎn)稱GMOA)。因MOA具有陡波響應(yīng)快、通流能力大、殘壓低、十分優(yōu)良的U-I特性等優(yōu)點(diǎn)，目前被國內(nèi)外廣泛使用。

由于WGMOA長(zhǎng)期承受著電網(wǎng)電壓，有時(shí)還要承受暫時(shí)過電壓(工頻過電壓和諧波過電壓)，至使WGMOA發(fā)熱老化，導(dǎo)致發(fā)生熱崩潰事故。為此20世紀(jì)80年代一些發(fā)達(dá)國家開始研發(fā)帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器，如圖1所示。由于線路GMOA安裝地點(diǎn)分散性大、多數(shù)運(yùn)行在高山峻嶺中，數(shù)量多、拆卸安裝難度大，常規(guī)測(cè)試避雷器U1 mA和0.75U1 mA下泄漏電流所用的直流發(fā)生器笨重，給搬運(yùn)工作帶來困難，而且需要220 V交流電源，試驗(yàn)難度大。優(yōu)選出專門適宜線路GMOA的試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)保證GMOA安全可靠運(yùn)行具有實(shí)際意義。本文中“優(yōu)選的試驗(yàn)項(xiàng)目”是指采用10 000 V兆歐表測(cè)試GMOA的絕緣電阻和用噴霧分級(jí)法判別硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的憎水性。

(a)用絕緣子構(gòu)成串聯(lián)間隙 (b)用空氣間隙作為串聯(lián)間隙

2 GMOA損壞的原因

MOA同其它電氣設(shè)備一樣，長(zhǎng)期遭受惡劣自然環(huán)境(雨、霧、雪、露、冰、風(fēng))的作用，設(shè)備周圍有害的氣體的作用，內(nèi)部的局部放電，環(huán)境溫度巨變的作用，大沖擊電流通過MOA致使顆粒層超過電流密度承受力導(dǎo)致局部遭到破壞，各種污閃(包括雨閃、冰閃和鳥糞閃)的威脅，過電壓(大氣過電壓和操作過電壓)的作用，MOA發(fā)生損壞是難免的[1]。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和多次事故分析總結(jié)，確定導(dǎo)致MOA損壞的原因有以下6種：①遭受超過MOA最大允許通流容量的直擊雷；②MOR長(zhǎng)期在工作電壓作用下老化；③遭受長(zhǎng)時(shí)間(20 min以上)超過避雷器額定電壓幅值的暫態(tài)過電壓；④遭受單相間歇性弧光過電壓的侵襲；⑤MOA的硅橡膠復(fù)合絕緣傘套表面發(fā)生污穢閃絡(luò)；⑥密閉不嚴(yán)使內(nèi)腔侵潮[2]。

圖2為GMOA簡(jiǎn)易工作原理圖，因?yàn)榇?lián)間隙的存在，使得MOA的損壞原因有所改變。

圖2 GMOA工作原理圖

間隙就是一種特殊“電阻”元件，間隙未放電時(shí)電阻無窮大，間隙放電其阻值為零。間隙的作用是氧化鋅避雷器與導(dǎo)電部分隔斷。使避雷器免受工作電壓和暫態(tài)過電壓(簡(jiǎn)稱TOV)的影響，又因間隙的存在，消弱了直擊雷和單相間歇性弧光過電壓的危害。所以導(dǎo)致GMOA損壞的主要原因：一是MOA硅橡膠復(fù)合絕緣傘套表面發(fā)生污穢閃絡(luò)；二是MOA密閉不嚴(yán)使內(nèi)腔侵潮。根據(jù)這2種原因確定新的試驗(yàn)項(xiàng)目，用來判斷GMOA的運(yùn)行狀況，圖3為優(yōu)選試驗(yàn)項(xiàng)目的方塊圖。

3 GMOA采用硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的原因

圖3 優(yōu)選試驗(yàn)項(xiàng)目的方塊圖

現(xiàn)在MOA的傘套大多采用由硅橡膠為本體的高分子聚合物制成，與瓷外套相比具有良好的憎水性和憎水遷移性，重量輕、施工方便，強(qiáng)度高、抗外力強(qiáng)，因此，目前氧化鋅避雷器的傘套，特別是線路GMOA的傘套大部分采用硅橡膠復(fù)合絕緣傘套[3]。硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的性能主要有2方面，即憎水性和耐起痕蝕損性能。憎水性是最重要的，特別是憎水性喪失后的恢復(fù)性能是絕緣材料防止污閃的第一道防線。憎水性能好，污層電阻就高，泄漏電流就小，污閃電壓就得以提高。因此，為避免污閃事故發(fā)生，目前GMOA的傘套幾乎都采用硅橡膠復(fù)合絕緣傘套。

4 檢驗(yàn)GMOA傘套憎水性的試驗(yàn)方法

硅橡膠復(fù)合絕緣材料不是都具有優(yōu)良的耐污性能的，其實(shí)際產(chǎn)品性能還應(yīng)從其使用經(jīng)驗(yàn)和多次的試驗(yàn)上得到驗(yàn)證。GMOA的硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的表面性能也很容易由于運(yùn)行環(huán)境而引起老化，這種老化將導(dǎo)致硅橡膠復(fù)合絕緣傘套耐污性能顯著下降[2]。因此，預(yù)試GMOA外傘套耐污性能下降的程度，對(duì)評(píng)定GMOA的可靠性是相當(dāng)重要的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。

硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的耐污性性能主要體現(xiàn)在其憎水性及憎水遷移性上。因此，對(duì)硅橡膠傘套進(jìn)行憎水性試驗(yàn)是評(píng)定防污閃能力的一個(gè)重要項(xiàng)目。

憎水性試驗(yàn)按IEC62073的內(nèi)容包括下列3種方法：接觸角法；表面張力法；噴霧分級(jí)法(WC法)。

接觸角法和表面張力法一般在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，準(zhǔn)確度高，但測(cè)試儀器復(fù)雜且重量大，不適宜在現(xiàn)場(chǎng)使用。

圖4 測(cè)試GMOA硅橡膠復(fù)合傘套憎水性工作原理圖

噴霧分級(jí)法具有快速、方便，特別適用于現(xiàn)場(chǎng)快速和簡(jiǎn)易的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)僅需要能產(chǎn)生細(xì)霧的電動(dòng)噴霧器和攝像頭即可。如圖4所示，這套便攜式儀器是撫順供電公司自行研發(fā)制作的，噴霧裝置由電動(dòng)噴霧操作。試驗(yàn)時(shí)，選擇工作方便的一片硅橡膠復(fù)合傘套，在30 s內(nèi)完成40次噴霧工作，噴霧結(jié)束后，在10 s內(nèi)完成憎水性的測(cè)試(錄像或拍照)工作。

噴霧分級(jí)法即是STRI法，由瑞典輸電研究所(Swedish Transmission Research Institute)提出的憎水性分類劃分等級(jí)(HC)法。本文采用了IEC62073提出的濕潤(rùn)性等級(jí)(WC)法。WC法與HC法基本相同，只是描述得更詳細(xì)一些。WC法同樣把濕潤(rùn)性(憎水性)分成7個(gè)等級(jí)，WC1代表最強(qiáng)的憎水性的表面，WC7代表親水性的表面，由WC1到 WC7表示憎水性由好變差[5]，如表1所示。

表1 確定濕潤(rùn)性等級(jí)(WC)的判據(jù)(IEC62073)

注：θr表示水滴的后傾角。

5 檢驗(yàn)GMOA內(nèi)腔侵潮的試驗(yàn)方法

一般認(rèn)為，線路GMOA和變壓器中性點(diǎn)WGMOA一樣，正常運(yùn)行時(shí)不承受運(yùn)行電壓，因此無需進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，這種觀點(diǎn)是不正確的。由于生產(chǎn)廠家的制作工藝和質(zhì)量問題，加上長(zhǎng)期遭受惡劣自然環(huán)境的作用、大沖擊電流的作用、各種污閃的作用以及各種過電壓的作用，MOA發(fā)生損壞是難免的，也是必然的。

MOR損壞的原因主要有2個(gè)方面：密閉不嚴(yán)使內(nèi)腔侵潮和MOR在電網(wǎng)運(yùn)行電壓下老化。串聯(lián)間隙解決了在電網(wǎng)運(yùn)行電壓的問題，但密閉不嚴(yán)內(nèi)腔侵潮問題還存在。因此對(duì)GMOR進(jìn)行內(nèi)腔侵潮試驗(yàn)是非常必要的。

另外，同一電壓等級(jí)的GMOA和WGMOA的閥片數(shù)量少，如果間隙距離在運(yùn)行中變小，對(duì)GMOR安全運(yùn)行不利。所以還需要定期檢查串聯(lián)間隙。

將GMOR從線路上拆卸下來進(jìn)行直流U1 mA和0.75U1 mA下的泄漏電流試驗(yàn)是有效的。但拆裝GMOR工作量太大，停電時(shí)間較長(zhǎng)，特別是在深山上進(jìn)行該試驗(yàn)是非常困難的。

實(shí)踐和理論證明，測(cè)量絕緣電阻對(duì)發(fā)現(xiàn)MOA內(nèi)腔受潮以及慣穿性缺陷是相當(dāng)靈敏的，但不能有效發(fā)現(xiàn)MOR老化缺陷；而測(cè)量U1 mA和0.75U1 mA對(duì)檢驗(yàn)MOR的老化、受潮以及慣穿性缺陷都非常靈敏。隨著MOR制造技術(shù)日臻完善，MOR老化問題基本得到解決，從以前的MOA事故調(diào)查和分析也證明這點(diǎn)。只為了檢驗(yàn)內(nèi)腔是否侵潮，采用絕緣電阻試驗(yàn)就能滿足要求。

硅橡膠復(fù)合材料具有優(yōu)良的憎水性，使得表面泄漏電流很小(即絕緣電阻很大)，絕緣電阻主要反映的是內(nèi)腔受潮情況，不需要考慮MOA的外表面影響，這樣給試驗(yàn)工作以及對(duì)缺陷的判斷帶來方便。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)，采用10 000 V電動(dòng)兆歐表，采用專用軟屏蔽線，試驗(yàn)時(shí)不用拆卸MOA，將兆歐表的2條專用輸出線按照要求連接在MOA的兩端即可。接線圖如圖5所示。

圖5 兆歐表測(cè)試MOA試驗(yàn)接線原理圖

6 結(jié)論

線路GMOA正常運(yùn)行時(shí)MOA不承受運(yùn)行電壓，所以，只要保證MOA的內(nèi)腔不侵潮以及硅橡膠復(fù)合絕緣傘套具有良好的憎水性和憎水遷移性，GMOA就能安全運(yùn)行。為此，根據(jù)實(shí)際需要優(yōu)選出最簡(jiǎn)單、最有效的測(cè)試絕緣電阻和噴霧分級(jí)法試驗(yàn)項(xiàng)目。

由于線路GMOA多數(shù)安裝在高山峻嶺的線路上，試驗(yàn)難度大。為方便試驗(yàn)，研制出一套噴霧鑒別裝置，采用兆歐表專用測(cè)試線，達(dá)到不需拆卸MOA就能安全、方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行試驗(yàn)的目的。

GMOA的試驗(yàn)周期應(yīng)該與復(fù)合絕緣子、瓷和玻璃絕緣子巡視周期相同，結(jié)合線路檢修，每3年試驗(yàn)一次，試驗(yàn)GMOA的同時(shí)還有加強(qiáng)巡視，巡視時(shí)宜進(jìn)行如下情況和現(xiàn)象的觀察或檢查：①硅橡膠絕緣傘套表面是否蝕損、漏電起痕，是否有樹枝狀放電或電弧燒傷痕跡；②傘套是否出現(xiàn)硬化、脆化、粉化、開裂等現(xiàn)象；③傘套是否變形，傘裙間粘接部分是否存在脫膠等現(xiàn)象；④端部金具連接部分是否明顯的滑移；⑤鋼腳或鋼帽是否銹蝕，鎖緊銷是否缺少。

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Discussion on the Line GMOA Test Method

LIU Chuanbo，SU Yang，BAI Jiatian，WANG Qi，XIE Xinnan

(State Grid Fushun Power Supply Company，F(xiàn)ushun，Liaoning 113008，China)

TM75

A

1004-7913(2017)07-0049-03

2017-05-20)

劉傳波(1986)，男，學(xué)士，技師，主要從事電力電纜專業(yè)工作。