氧化鋅避雷器在線監測技術有效性分析

華能南山電廠 符悅宙

氧化鋅避雷器在線監測技術有效性分析

華能南山電廠 符悅宙

金屬氧化鋅避雷器（簡稱MOA）是確保電力系統安全、穩定運行的關鍵設備之一。為保障電力系統的安全和穩定，每年很有必要對避雷器進行計劃性的檢修與試驗。本篇將從在線泄漏監測技術采用的測量方法，并結合實際案例出發，分析此種技術的在現場應用的有效性。

氧化鋅避雷器；在線監測；有效性

0 前言

發電廠、變電站、輸電線路是雷擊災害的高發區，無論是直擊雷還是感應雷，都可能給區內的設備造成損壞，同時也對與其相連的的外部設備帶來沖擊。因此電力系統中最常見的就是利用避雷器將此種雷擊的損害減至最小。避雷器的種類繁多，最為常見和應用范圍最廣的是MOA氧化鋅避雷器。此種避雷器的推廣提高了電力系統運行的穩定性，產生了巨大的經濟效益。在交流電壓作用下，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）。正常運行情況下，流過避雷器的主要是容性電流，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污穢時，容性電流變化不多，而阻性電流大大增加。從而在其電阻閥片上產生熱量，隨著工作時間的延長，溫度的的升高會造成避雷器電阻閥片的老化，從而使阻性電流持續增大惡性循環。一旦系統中有過電壓產生，將會使避雷器產生的熱量急劇積累無法消散而導致爆炸的危險，從而使避雷器失去保護的作用。因此為了確保避雷器能夠正常的發揮作用，需要對避雷器定期進行計劃性檢修。但是海南地區負荷缺口較大，計劃性的停電檢修時間較短，導致避雷器有效的檢查與試驗得不到保障。因此通過在線監測技術，定期測量避雷器的全電流和在線泄漏電流的變化趨勢，也可以及時了解避雷器的健康狀態，有效的彌補避雷器計劃性停電檢修時間較短的難題。

表1 110kV 避雷器在線監測數據第1次測量 單位：mA

表2 110kV 避雷器在線監測數據第2次測量 單位：mA

1 氧化鋅避雷器在線監測的方法

氧化鋅避雷器在線監測技術研究在很早之前就開展了，但是受制于當時計算機的計算能力，此種技術沒有得到大范圍的推廣。隨著科技的不斷進步，計算機技術也得到了快速的發展。大容量、高性能、小型化計算機的出現，很好地解決了氧化鋅避雷器在線監測技術在硬件上的缺點，因此出現了很多種類型的氧化鋅避雷器在線監測儀器。雖然檢測方法多種多樣，但是基本上都是以測量泄漏電流基礎。目前國內外采用的主要方法有以下幾種：

1.1 總泄漏電流法

總泄漏電流法是以氧化鋅避雷器泄漏電流的容性電流分量保持不變為基準，排除其他因素的干擾，簡單的認為總泄漏電流的增加，在一定程度上可以反映出其阻性分量電流的增長情況。目前大多數避雷器底座接地引下線上加裝一個微安表，以此來觀察泄漏電流的變化。就是采用此種測量方法。此種方法的優點在于設備簡單、投資少、觀察直觀，對受潮劣化的判斷靈敏。缺點在于它反應避雷器老化，尤其是早期的老化不靈敏。此種方法只是作為一種輔助手段，作為平時巡檢時的參考，不作為判斷避雷器健康狀態的最終依據。

表3 110kV 避雷器在線監測數據第3次測量 單位：mA

表4 110kV 避雷器預防性試驗數據

1.2 阻性電流三次諧波法

阻性電流三次諧波法是將全電流經帶通濾波器檢出三次諧波分量，根據氧化鋅避雷器的總阻性電流與三次諧波阻性電流分量的一定比例關系，計算而得到阻性電流峰值。其優點是只需取氧化鋅避雷器的總泄漏電流，不需要參考電壓，比較方便。缺點是由于閥片規格與特性的不相同，導致三次諧波峰值與阻性電流峰值之間的函數關系不一樣，而且三次諧波峰值與阻性電流峰值函數關系又與閥片的老化而變化，氧化鋅避雷器的端電壓中的諧波含量也對測量結果產生影響，此外氧化鋅避雷器的受潮、表面污穢情況它也是無法反應。當系統電壓中含諧波分量較大時，則電容電流也含有3次諧波，使測量存在較大的誤差，不利于對設備健康程度的判斷。因此阻性電流三次諧波法不能客觀的反應氧化鋅避雷器的實際運行工況，無法為判斷避雷器健康狀態提供準確可靠的數據。

1.3 補償法測量阻性電流

補償法認為導致閥片發熱而產生有功損耗的原因是阻性電流分量，所以是通過外加容性電流來抵消與母線電壓成π/2相位差的容性電流分量，從而獲得阻性電流的方法。其優點在于它可以測量總泄漏電流，阻性電流分量及功率損耗，而且其測量效果、測量精度均滿足要求，使用也很方便。缺點是此種方法只有在總泄漏電流中的阻性電流與容性電流成π/2相位差時，才能真實反映閥片老化的情況。在測試現場有干擾而三相成固定排列時，由于相間雜散電容的干擾，容性電流與電壓不成π/2相位差，測試儀器不能將容性電流完全補償掉，從而產生誤差。此時A相和C相氧化鋅避雷器受B相氧化鋅避雷器的影響，總泄漏電流的相位將分別向前和向后移3°--5°，B相由于同時受到A相和C相的影響，相位基本不變，從而導致測得的阻性電流A相增大，C相減小，B相基本保持不變。另外補償法從PT上取電壓信號，可能存在相移。電網電壓有諧波時，也影響其測量精度。此種方法雖然不能有效的反應氧化鋅避雷器閥片老化的真實情況，但是可通過縱向比較，也能夠客觀反應出三相氧化鋅避雷器實際運行工況，此種方法在現場使用較多。

1.4 諧波分析法監測阻性電流基波值

諧波分析法認為，用阻性電流基波來研究氧化鋅避雷器的小電流特性更合理，因為在正弦波電壓作用下，氧化鋅避雷器的阻性電流中既有基波，也有高次諧波。但只有基波電流能做功產生熱量，諧波電流不做功，也不產生熱量。在各種氧化鋅避雷器阻性電流值相等的情況下，因不同氧化鋅避雷器的阻性電流基波與諧波的比例往往不同，則其發熱、功耗也就不同。同時測量阻性電流基波還可以排除電網電壓中含有諧波對阻性電流測量的影響，而不論其諧波量如何，阻性基波值總是一個定值。諧波分析法采用數字化測量和諧波分析技術，從總泄漏電流中分離出阻性電流基波值，整個過程可以通過單片機或微機在軟件中實現。對于相間雜散電容的影響，可以利用諧波分析技術中測出的兩個邊相泄漏電流的相來糾正。此種方法測量精度高，數據準確可靠。但是缺點在于此種方法設計較為復雜，投資成本較大，在實驗室中常使用此種方法。

2 避雷器在線監測技術應用

由于海南地區負荷缺口較大，計劃性的停電檢修時間較短，導致避雷器有效的檢查與試驗得不到保障，因此華能南山電廠很早就開展了氧化鋅避雷器在線監測工作。監測量包括全電流、阻性電流、基波阻性電流。對于正常運行的避雷器來說，流過避雷器的電流是容性電流，阻性電流所占的比重不高。但是如果避雷器老化、受潮時，其全電流和阻性電流峰值開始增加，而容性電流卻沒有太大的變化。因此用在線監測技術的方法來判斷避雷器的健康狀態是非常有必要的。以下表格是華能南山電廠在2015年05月13日，通過在線監測所獲得的110kV I段母線避雷器的數據。

根據以上試驗數據的分析，我們可以得出，C相的全電流、阻性電流的峰值、基波阻性電流明顯比A、B兩相高出很多，初步可以判定這個避雷器存在問題，但是仍然需要繼續對其檢測觀察。在同年05月19日與25日分別進行了復測，從試驗數據來看C相全電流、阻性電流的峰值還是繼續上升，具體數據見表2、表3，通過這三次試驗結果，我們具體分析了試驗數據與設備的相關資料，這臺避雷器是2013年10時間的推移，避雷器內部的積水量不斷增加，其結果彈簧全部銹蝕，電阻片嚴重受潮，結果導致避雷器失去全部的功能。月購買的新設備，2013年12月20日開始投入運行，在2014年03月20日機組C修期間，對其進行過預防性試驗，試驗結果滿足要求。因此判斷出在線監測電流增大的原因并不是因為避雷器老化所導致的。根據這幾次連續帶電檢測的數據分析，判斷電流增大的原因可能是氧化鋅避雷器因受潮所導致的。以防萬一，我們便將此臺避雷器退出運行。并對此臺避雷器進行了預防性試驗，試驗數據如表4，從試驗數據來分析，對比規程596，此臺避雷器確實已經出現了問題，已經不能繼續在運行。將此情況向廠家反應，并將此臺避雷器送回廠家進行解體檢查。廠家經過解體檢查后發現，此臺避雷器壓力彈簧嚴重腐蝕、生銹，并且變成黑色，上端電阻片有5 片表面有水，上法蘭螺孔背面有明顯細小裂紋，如圖片1所示。事故的原因是產品設計不夠合理，上法蘭高壓端安裝螺孔受到較大壓力，使得螺孔背面產生凸出形變，并伴有放射狀紋裂，這樣就使得避雷器內部產生吸潮現象。隨著

圖1 110kV I母避雷器C相解體圖

3 結語

以上案例的分析得出，避雷器在線監測技術在現場的實際應用中還是具有很好的效果。試驗人員通過分析在線監測數據的變化趨勢，及時了解氧化鋅避雷器的健康狀態，提高了檢測工作的效率與質量，為設備狀態檢修提供了技術支持。并且氧化鋅避雷器在線監測技術很好的解決了既要保證重要電氣設備的安全穩定運行，又沒有充足的停電檢修時間的矛盾，為電網穩定安全運行提供技術上的保障。

[1]常越.氧化鋅避雷器在線監測方法的研究[M].清華大學博士學位論文，2003

[2]賈逸梅、栗福珩.在線監測氧化鋅避雷器泄漏電流的方法[J].高電壓技術，2001

[3]DLT 596-1996 電力設備預防性試驗規程[M].北京：中國電力出版社

[4]周龍、文遠芳.MOA在線檢測與診斷技術的方法分析[J].電瓷避雷器，2006

[5]關根志、賀景亮等.氧化鋅避雷器泄漏電流在線監測的試驗研究[J].高壓電器，2001

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