金屬氧化物避雷器帶電檢測及其故障原因分析

王鵬

摘要：避雷器作為電力系統重要一次設備，承擔著保護系統輸變電設備絕緣作用，使其免于遭受過電壓的危險，其運行故障將將對整個電網造成巨大影響。金屬氧化物避雷器因具有響應速度快、伏安特性平滑、通流量大、壽命長、殘壓低、結構簡單等特點，因此在電力系統中得到了廣泛的應用。但是近些年，運行中的金屬氧化物避雷器隨著運行年限增加、內部和外部環境等的變化，導致其出現缺陷故障、甚至爆炸事故時有發生，給電力系統造成了很大經濟損失和影響。

關鍵詞：氧化物避雷器;帶電檢測;異常處理;狀態檢修

引言

金屬氧化物避雷器（MOA）具有多種優點，包括通流容量大、非線性良好等，因而在當前電力系統中，MOA是極為重要的一種電氣設備，通過利用MOA，能夠對操作過電壓、雷電過電壓進行有效限制。不過在實際運行過程中，如果沒有密封好避雷器或者長時間處于電壓作用影響下，電阻片便極易出現受潮、劣化等現象，大大提高泄漏電流值，提高電阻片的溫度，嚴重時，甚至可能發生避雷器爆炸等嚴重事故。所以，整個電力系統能否安全運行，深受避雷器運行狀況的影響。為及時監控避雷器的運行狀況，在每年雷雨季節到來之前，變電站一定要詳細測試避雷器。避雷器測試方法包括：停電試驗：直流1mA下的電壓、075U1mA下的泄漏電流，絕緣電阻;帶電檢測：紅外檢測、紫外成像檢測、監測器動作次數檢查、帶電檢測運行電壓下的阻性電流和全電流等，下面重點介紹金屬氧化物避雷器帶電檢測技術。

1金屬氧化物避雷器帶電檢測基本原理

此種避雷器的主要構成部分為氧化鋅閥片，其中不存在任何間隙，有效克服傳統避雷器中由于存在間隙而產生的放電時限以及其他誘發問題。由于氧化鋅閥片屬于氧化鋅物質與其他微量金屬燒結而成，在電壓經過時幾乎會全部都施加在晶界層當中，使避雷器中經過的電流變小。隨著電壓的不斷提升，晶界層中的電阻由高變低，進而產生較大的通流量。在避雷器運行的過程中，受到交流電壓的影響，經過的泄漏電流類型為2種，一種為阻性電流，另一種為容性電流。其中，前者只占較少的一部分，大約5%～20%，對避雷器進行帶電檢測的過程中，阻性電流量顯著提升，φ（U與I之間的相位差）減小，有功功率提升，進而對避雷器內部器件老化、受潮等提供參考依據。在正常電壓情況下，用I代表總泄漏電流，可以將其劃分為阻性電流與電流2種，用IR代表阻性電流，用Ic代表容性電流，用U代表工作電壓，各電流間的關系可表達為IR=I×cosφ，Ic=I×sinφ。從公式中能夠看出，一旦避雷器發生劣化反映，則電阻與電容的數值將發生改變，進而導致參數Ic，IR與I等各項參數均發生不同程度的改變。在常用的檢測儀器中，通常是取電壓與電流的數值，以及經過傅里葉變換之后得出的全阻性電流、阻性電流基波值。

2金屬氧化物避雷器帶電檢測及其故障原因分析

2.1原因分析

由于金屬氧化物避雷器具有結構簡單，內部介質單一的特點，因此受潮、電阻片老化是金屬氧化物避雷器產生缺陷的主要原因。結合帶電檢測、停電試驗與解體檢查的結果可判斷產生缺陷的具體原因為：密封狀況差導致機體進水受潮，或使用了質量不過關的氧化鋅電阻片，使其在運行過程中發生異常老化、劣化的缺陷。此外，近年來避雷器附件缺陷率逐漸增高，在使用過程中因質量問題也會引發故障[2]。同時，部分制造廠家盲目追求經濟效益，以次充好，他們為避雷器生產的配套附件質量低劣，不符合生產相應標準。

2.2檢測方法

2.2.1MOA在線式帶電檢測法

漏電流指示型計數器是MOA在線式帶電檢測方法中的主要設備。其中，漏電流指示型計數器不但具有傳統避雷器計數器的計數功能，而且在長時間不間斷運行電壓環境下，漏電流指示型計數器還具有能夠對MOA的漏電流值進行長期指示的功能，在過電壓下，也能對避雷器的動作次數進行有效記錄。在對MOA的泄漏電流進行測量時，原則上講，由于避雷器的劣化程度只能夠由阻性電流產生的功耗反映出來，因此應對阻性電流的峰值進行測量。不過因為阻性電流測試回路是比較復雜的，如果采用一般監測器，只能對MOA全電流的有效值進行測量。但是如果選用JSM-2型漏電流指示型計數器或者JSM-1型漏電流指示型計數器，不但能夠簡單測量出MOA全電流的有效值，而且能對避雷器的故障情況進行充分反映。因此直接測量阻性電流能反映金屬氧化物避雷器的健康狀況。為了準確測到避雷器運行工況下真實阻性電流需進行補償。補償的原理就是抽取系統電壓補償泄漏電流中的容性電流分量，以得到阻性電流分量。容性電流超前系統電壓90°，因此將系統電壓前移90°并反相將容性電流補償掉。通過安裝在避雷器上的傳感器，可持續對避雷器的情況進行監測，當檢測到接地回路中存在超過檢測閾值的電流時，傳感器將這些信息存儲于傳感器內存中，比如時間、波性幅值范圍等，然后根據系統所需，可手動或自動地按時間設定值讀取這些波性參數和測量其泄漏電流。

2.2.2解體檢查

通過解體檢查的方式對避雷器的內部情況進行深入分析，采用金屬鋁板與防爆膜對避雷器兩端密封，將干燥的氮氣填入其中，發現下法蘭處的保護板周圍存在明顯的銹蝕跡象，密封不良，密封膠的一半已經脫落，第一道密封保護失效。將此處的保護板打開后，發現防爆膜已經破裂，金屬板遭到嚴重的銹蝕，并呈現出墨綠色的銹蝕痕跡。芯體上部的彈簧與金屬板相接位置也已經發生嚴重的銹蝕痕跡，芯體整個呈現出淡黃色，電阻片的表面附著些許白色氧化物，下端的硅膠袋已經破裂，并且具有明顯的傷痕。

2.2.3停電試驗與解體

為確認金屬氧化物避雷器的缺陷原因，因此需要按照相關規程對避雷器進行停電試驗與解體檢查。（1）停電試驗。停電試驗主要是檢測避雷器漏電電流以及底座的絕緣電阻。《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定：金屬氧化物避雷器U1mA的初值差應不超過±5%且不低于《交流無間隙金屬氧化物避雷器》的規定值，0.75U1mA漏電電流初值差小于30%或小于50μA。通過總結學者們的相關停電試驗數據發現避雷器內部絕緣狀況較差，阻性電流分量由于氧化鋅電阻片的特性發生變化而增加，從而致使避雷器本體溫度增加。（2）解體檢查。對避雷器進行解體檢查以進一步了解避雷器內部狀況，并驗證上述試驗結果。采用金屬鋁板與防爆膜在避雷器的瓷瓶兩端密封，填充干燥的氮氣，下節避雷器鋁質保護板邊緣有明顯銹蝕、防爆膜破裂、密封狀況較差，芯體受潮嚴重。

結語

避雷器采取紅外精確測溫、全電流和阻性電流測試能有效發現運行中避雷器的潛在缺陷，兩者相結合，互相驗證，能夠為避雷器狀態檢修提供一定參考。當避雷器閥片受潮不嚴重時，與歷史數據相比，表現為全電流變化不大但阻性電流增加明顯，因此應重視避雷器阻性分量的變化，對異常數據采取縱向及橫向進行對比分析。

參考文獻

[1]胡錫幸，鮑巧敏，華盛繼.基于溫度補償的金屬氧化物避雷器帶電檢測技術研究[J].電瓷避雷器，2017（1）：96-99.

[2]譚湘海，向繼勇，趙憲，等.一起110kV金屬氧化物避雷器受潮缺陷的分析處理[J].電工技術，2018（2）：67-69.

[3]嚴玉婷，江健武，鐘建靈，等.金屬氧化物避雷器事故分析及測試方法的比較研究[J].電瓷避雷器，2015（5）：63-69.

[4]趙寶瑞，蔣士朋，余杰，等.金屬氧化物避雷器帶電檢測診斷研究分析[J].甘肅電力技術，2015（6）：22-24.