金屬氧化物避雷器帶電檢測診斷方法

劉敏

摘要：為了保證電網的安全運行，開展金屬氧化物避雷器（簡稱“MOA”）的帶電檢測顯得尤為重要，通過檢測阻性電流增長趨勢對其進行狀態診斷。因此，本文介紹了金屬氧化物避雷器帶電檢測的原理，分析金屬氧化物避雷器帶電檢測和診斷的方法。

關鍵詞：金屬氧化物避雷器；帶電檢測；阻性電流；狀態診斷

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。由于MOA取消了串聯問隙，在正常運行電壓下，還承受其他沖擊電壓作用，當電流流過閥片，電流中的有功分量將使閥片發熱，從而加速閥片老化，造成閥片非線性電阻特性劣化，進而阻性電流增加，長期作用最終將導致MOA熱穩定性破壞，嚴重時可能會發生爆炸，導致變電站母線短路，從而影響系統安全運行。

1、金屬氧化物避雷器帶電檢測原理

MOA是20世紀70年代發展起來的一種新型避雷器，主要由多個氧化鋅電阻片串聯而成，并通過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MOA的電流包含阻性電流（有功分量）和容性電流（無功分量）。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。

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變化反映出來：

a.在運行電壓下，全電流阻性分量峰值的絕對值增大；

b.在運行電壓下，全電流諧波分量明顯增大；

C.運行電壓下的有功功率損耗絕對值增大；

d.運行電壓下的全電流的絕對值增大，但不一定明顯。

可見，當電阻片老化、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的主要手段是帶電檢測避雷器的阻性電流。

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、諧波法（多次諧波法、3次諧波法）、容性電流補償法等，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。

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。

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l0%

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 將減小。因此，可以通過φ（90o ?φ相當于介損角）值判斷更有效。φ大多在81o～86o。按“阻性電流不能超過總電流的25%”要求，不能小于75.5o，因此，可按照表l對MOA性能進行評價。

實際上，φ<80o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2o，w 相φ值增大2o。

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，通常首先引起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、結論及建議

a.檢測MOA運行中持續電流比較有效的方法是二次電壓法，運用此方法可較精確的檢測MOA運行中阻性電流，對發現避雷器早期缺陷非常有效，通過阻性電流的變化能比較靈敏的對電阻片初期老化反應做出判斷，從而對避雷器進一步運行狀況提出正確指導意見。

b.對帶電檢測數據進行判斷時，除了參考規范外，還可以利用阻性電流與全電流比例關系、電流超前電壓角度、諧波數據變化等方法進行分析判斷。在正常運行電壓下，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較小。

c.MOA帶電檢測全電流、阻性電流異常時，應同時結合紅外測溫、高頻局部放電等試驗進行聯合診斷。MOA 電阻片老化后，會造成避雷器外部溫場畸變，可利用紅外測溫技術，對運行中的MOA檢測，通過紅外熱像圖特征分析，比較MOA上下部及相間溫差，判斷MOA的運行狀況，對MOA狀態及故障性質做出正確判斷。

d.在實際工作中，應將MOA帶電檢測工作納入設備年度試驗計劃，與常規例行試驗相輔相成，緊密結合，確保電氣設備保持健康運行狀態。

參考文獻：

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