基于帶電監(jiān)測(cè)的配網(wǎng)避雷器聯(lián)合狀態(tài)診斷研究

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（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011）

0 前言

隨著社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷加快，電網(wǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。帶電監(jiān)測(cè)作為電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的重要手段之一，在保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行，減少人力資源，降低安全風(fēng)險(xiǎn)等方面發(fā)揮著重要作用。

避雷器[1-4]作為電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一，根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則，每年雷雨季前或必要時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行停電檢修。該項(xiàng)工作不僅需要在停電條件下開展，而且需要大量的人力資源，特別是在云南電網(wǎng)省公司“三統(tǒng)一、兩強(qiáng)化”的指導(dǎo)思想下，大量原來由縣級(jí)供電企業(yè)管轄的變電站也納入昆明供電局統(tǒng)一管理，避雷器數(shù)量成倍增加，同時(shí)，也增加了安全風(fēng)險(xiǎn)及測(cè)試人員的心理負(fù)擔(dān)。

本文詳細(xì)介紹了配網(wǎng)避雷器的性能及故障分析，并在此基礎(chǔ)[5-8]上，提出了三種在線監(jiān)測(cè)的聯(lián)合診斷方法，通過該方法對(duì)配網(wǎng)避雷器開展?fàn)顟B(tài)診斷，旨在節(jié)約停電時(shí)間，緩解人力資源矛盾，降低了現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)及人員煩躁情緒，并獲得準(zhǔn)確可信的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)避雷器進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。

1 配網(wǎng)避雷器性能分析及故障原因分析

氧化鋅避雷器廣泛應(yīng)用于配網(wǎng)一次設(shè)備，具有許多優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.1 性能分析

1.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

閥片是以氧化鋅（ZnO）及壓敏電阻（非線性）為基礎(chǔ)，添加Bi2O3，CO2O3，MnO2等金屬氧化物，經(jīng)過混合高溫?zé)Y(jié)而成。其非線性比SiC好得多。在殘壓相同的情況下流過的電流較小，所以不用串聯(lián)火花間隙，由于沒有間隙，可以避免由間隙帶來的一系列問題（如瓷套污染對(duì)電壓分布和放電電壓的影響；放電電壓的分散性等），并且有較平坦的保護(hù)特性。

1.1.2 性能參數(shù)

1）氧化鋅避雷器（MOA）的額定電壓，是指由動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)確定的避雷器上下端子間允許的最大工頻電壓有效值，避雷器在該電壓下應(yīng)能正常工作。

2）MOA的持續(xù)運(yùn)行電壓，是指允許持續(xù)加在避雷器兩端子間的工頻電壓有效值，一般小于避雷器的額定電壓。

3）MOA的起始動(dòng)作電壓。在伏安特性的低電壓區(qū)段是MOA的小電流區(qū)域，在接近拐點(diǎn)b處，有電流為毫安級(jí)的殘壓值UNmA，一般取N=1，即1 mA直流電流通過電阻元件時(shí)，在其兩端所測(cè)得的直流電壓值，稱為MOA的起始動(dòng)作電壓。N值隨ZnO元件的大小組裝結(jié)構(gòu)而變化，一般取1～4。

4）MOA的荷電率。荷電率的表達(dá)式為：

式中Um為系統(tǒng)最大運(yùn)行電壓，α為非線性電阻片的不均壓系數(shù)，UXmA為氧化鋅避雷器通過XmA時(shí)工頻參考電壓，N為一個(gè)單元內(nèi)非線性電阻片數(shù)。

早期MOA的荷電率取40%～70%，隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，各制造廠都提高了荷電率，現(xiàn)在一般為80%，提高荷電率能減少電阻片串聯(lián)片數(shù)，降低殘壓，但荷電率高了，會(huì)加速閥片老化，縮短使用壽命，過高還會(huì)引起事故。

1.2 常見故障及原因分析

避雷器常見的故障包括但不限于直流1 mA電壓異常升高、有異常放電聲或電暈聲、絕緣電阻及直流1 mA電壓明顯降低、泄漏電流異常增大等。

研究成果表明，避雷器故障原因主要包括三個(gè)方面：69%是由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量問題；25%是由于運(yùn)行及維護(hù)不當(dāng)；6%是由于選型不當(dāng)。

針對(duì)以上性能分析及故障原因分析，便可對(duì)癥下藥，提出適合于避雷器的診斷方法。

2 配網(wǎng)避雷器帶電監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)

目前，根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則，對(duì)配網(wǎng)避雷器主要開展絕緣電阻、直流1 mA電壓（U1mA）、0.75U1mA下的泄漏電流試驗(yàn)及紅外測(cè)溫等項(xiàng)目進(jìn)行狀態(tài)診斷，前三種試驗(yàn)項(xiàng)目需在停電狀態(tài)下開展，不僅增加人力資源和安全風(fēng)險(xiǎn)，也加大了物資和停電時(shí)間的損耗，而如果僅采用紅外測(cè)溫，會(huì)由于手段單一或者現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾等因素，造成測(cè)量結(jié)果精確度不夠，而造成誤判。

因此本文提出一種基于帶電監(jiān)測(cè)的三種聯(lián)合狀態(tài)診斷方法，即避雷器的在線監(jiān)測(cè)、帶電測(cè)量阻性電流以及紅外測(cè)溫聯(lián)合診斷方法。

2.1 避雷器的在線監(jiān)測(cè)

避雷器的在線監(jiān)測(cè)主要有以下方法：

1）全電流在線監(jiān)測(cè)，目前國內(nèi)許多運(yùn)行單位使用MF-20型萬用表（或數(shù)字萬用表）并接在動(dòng)作計(jì)數(shù)器上測(cè)量全電流，其原理如圖1所示。

圖1 全電流在線監(jiān)測(cè)原理圖

測(cè)量時(shí)，可采用交流毫安表A1，也可用經(jīng)橋式整流器連接的支流毫安表A2。當(dāng)電流增大到2～3倍時(shí)，往往認(rèn)為達(dá)到危險(xiǎn)界限。但是該方法，在電力系統(tǒng)中諧波分量較大時(shí)，其準(zhǔn)確性往往收到較大影響。

2）補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流，是在測(cè)量電流的同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的電壓信號(hào)，借以消除總泄露電流中的容性電流分量。其原理如圖2所示。

圖2 補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流原理圖

3）諧波法測(cè)量阻性電流取MOA的電流信號(hào)，其原理圖如圖3所示。

圖3 三次諧波法原理圖

2.2 帶電測(cè)量阻性電流

避雷器的閥片老化、受潮、內(nèi)部絕緣件受損及表面嚴(yán)重污染時(shí)，總的泄露電流（主要是阻性電流）將明顯增加，所以此試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的有效方法。

2.3 紅外測(cè)溫

紅外測(cè)溫的原理是通過傳感器感應(yīng)出避雷器表面的溫度變化，通過對(duì)避雷器的縱向和橫向溫差或溫升比較進(jìn)行避雷器運(yùn)行質(zhì)量的判斷。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，避雷器劣化引起的表面溫度場(chǎng)的變化有可能是比較細(xì)微的，所以現(xiàn)場(chǎng)需要仔細(xì)的對(duì)避雷器熱像圖進(jìn)行分析，并進(jìn)行縱向、橫向的比較，再聯(lián)合避雷器的在線監(jiān)測(cè)、帶電測(cè)量阻性電流共同診斷，可有效的對(duì)故障相避雷器的故障性質(zhì)作出較為準(zhǔn)確的判斷。

3 現(xiàn)場(chǎng)案例分析驗(yàn)證

根據(jù)上述分析，下面以昆明供電局某高壓配電網(wǎng)110 kV避雷器缺陷情況進(jìn)行分析：

3.1 帶電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2020年1月4日，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)某110 kVⅠ母避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置顯示A相全電流和阻性電流較正常情況，數(shù)值明顯變大，變化情況如表1所示，從2019年12月15日至2020年01月04日，其阻性電流及其占比均成上升趨勢(shì)。

表1 110 kVⅠ母避雷器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

為進(jìn)一步確認(rèn)，2020年1月8日，對(duì)該組避雷器開展運(yùn)行電壓下交流泄漏電流的測(cè)量，運(yùn)行電壓下交流泄漏電流的測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可知，110 kVⅠ母避雷器A相阻性電流異常，且已超出全電流的25%，綜合前兩年的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相間橫向?qū)Ρ龋醪脚卸▋?nèi)部存在缺陷，需要進(jìn)行停電處理。

表2 110 kVⅠ母避雷器運(yùn)行電壓下交流泄漏電流檢測(cè)數(shù)據(jù)

2020年1月9日，進(jìn)一步開展紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)，A相避雷器異常發(fā)熱，最大溫差為12.8 ℃，如圖4所示。

圖4 A相避雷器與正常相紅外圖譜對(duì)比

通過在線監(jiān)測(cè)裝置、運(yùn)行電壓下交流泄漏電流檢測(cè)數(shù)據(jù)及紅外測(cè)溫三種在線監(jiān)測(cè)手段聯(lián)合診斷分析，判定該設(shè)備存在嚴(yán)重缺陷，建議立即對(duì)該組避雷器進(jìn)行更換。

3.2 停電試驗(yàn)驗(yàn)證分析

2020年1月10日，對(duì)該組避雷器進(jìn)行停電試驗(yàn)檢查，絕緣電阻、直流1 mA下參考電壓及0.75U1mA下泄漏電流測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 110 kVⅠ母避雷器停電試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

從表可知，A相避雷器絕緣電阻下降至1000 MΩ，0.75U1mA下泄漏電流也超出規(guī)程要求的50μA，兩項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均不符合規(guī)程要求，進(jìn)一步確認(rèn)電阻片已經(jīng)發(fā)生劣化。

3.3 解體分析驗(yàn)證

2020年1月20日，將該組避雷器進(jìn)行更換后，對(duì)更換下來的A相避雷器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)A相避雷器底部防爆膜已嚴(yán)重銹蝕、粉化，避雷器內(nèi)部嚴(yán)重受潮，多片閥片已經(jīng)破損、劣化，導(dǎo)致運(yùn)行中發(fā)熱，如圖5所示。

圖5 A相避雷器解體圖

4 結(jié)束語

根據(jù)上述分析可知，避雷器在線檢測(cè)、運(yùn)行電壓下交流泄漏電流、紅外測(cè)溫三種方式聯(lián)合診斷方法，能夠及時(shí)并且準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部絕緣缺陷。相比傳統(tǒng)停電試驗(yàn)而言，不僅節(jié)約了停電時(shí)間，緩解了人力資源矛盾，降低了現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)，而且相比停電試驗(yàn)，帶電監(jiān)測(cè)是在真實(shí)運(yùn)行電壓下獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果更能真實(shí)的反映設(shè)備的實(shí)際絕緣狀況。同時(shí)，由于是帶電監(jiān)測(cè)，對(duì)測(cè)試周期可以靈活把握，有利于對(duì)避雷器缺陷及時(shí)進(jìn)行跟蹤和處理。