金属氧化物避雷器带电检测及其故障原因分析

王鹏

摘要：避雷器作为电力系统重要一次设备，承担着保护系统输变电设备绝缘作用，使其免于遭受过电压的危险，其运行故障将将对整个电网造成巨大影响。金属氧化物避雷器因具有响应速度快、伏安特性平滑、通流量大、寿命长、残压低、结构简单等特点，因此在电力系统中得到了广泛的应用。但是近些年，运行中的金属氧化物避雷器随着运行年限增加、内部和外部环境等的变化，导致其出现缺陷故障、甚至爆炸事故时有发生，给电力系统造成了很大经济损失和影响。

关键词：氧化物避雷器;带电检测;异常处理;状态检修

引言

金属氧化物避雷器（MOA）具有多种优点，包括通流容量大、非线性良好等，因而在当前电力系统中，MOA是极为重要的一种电气设备，通过利用MOA，能够对操作过电压、雷电过电压进行有效限制。不过在实际运行过程中，如果没有密封好避雷器或者长时间处于电压作用影响下，电阻片便极易出现受潮、劣化等现象，大大提高泄漏电流值，提高电阻片的温度，严重时，甚至可能发生避雷器爆炸等严重事故。所以，整个电力系统能否安全运行，深受避雷器运行状况的影响。为及时监控避雷器的运行状况，在每年雷雨季节到来之前，变电站一定要详细测试避雷器。避雷器测试方法包括：停电试验：直流1mA下的电压、075U1mA下的泄漏电流，绝缘电阻;带电检测：红外检测、紫外成像检测、监测器动作次数检查、带电检测运行电压下的阻性电流和全电流等，下面重点介绍金属氧化物避雷器带电检测技术。

1金属氧化物避雷器带电检测基本原理

此种避雷器的主要构成部分为氧化锌阀片，其中不存在任何间隙，有效克服传统避雷器中由于存在间隙而产生的放电时限以及其他诱发问题。由于氧化锌阀片属于氧化锌物质与其他微量金属烧结而成，在电压经过时几乎会全部都施加在晶界层当中，使避雷器中经过的电流变小。随着电压的不断提升，晶界层中的电阻由高变低，进而产生较大的通流量。在避雷器运行的过程中，受到交流电压的影响，经过的泄漏电流类型为2种，一种为阻性电流，另一种为容性电流。其中，前者只占较少的一部分，大约5%～20%，对避雷器进行带电检测的过程中，阻性电流量显著提升，φ（U与I之间的相位差）减小，有功功率提升，进而对避雷器内部器件老化、受潮等提供参考依据。在正常电压情况下，用I代表总泄漏电流，可以将其划分为阻性电流与电流2种，用IR代表阻性电流，用Ic代表容性电流，用U代表工作电压，各电流间的关系可表达为IR=I×cosφ，Ic=I×sinφ。从公式中能够看出，一旦避雷器发生劣化反映，则电阻与电容的数值将发生改变，进而导致参数Ic，IR与I等各项参数均发生不同程度的改变。在常用的检测仪器中，通常是取电压与电流的数值，以及经过傅里叶变换之后得出的全阻性电流、阻性电流基波值。

2金属氧化物避雷器带电检测及其故障原因分析

2.1原因分析

由于金属氧化物避雷器具有结构简单，内部介质单一的特点，因此受潮、电阻片老化是金属氧化物避雷器产生缺陷的主要原因。结合带电检测、停电试验与解体检查的结果可判断产生缺陷的具体原因为：密封状况差导致机体进水受潮，或使用了质量不过关的氧化锌电阻片，使其在运行过程中发生异常老化、劣化的缺陷。此外，近年来避雷器附件缺陷率逐渐增高，在使用过程中因质量问题也会引发故障[2]。同时，部分制造厂家盲目追求经济效益，以次充好，他们为避雷器生产的配套附件质量低劣，不符合生产相应标准。

2.2检测方法

2.2.1MOA在线式带电检测法

漏电流指示型计数器是MOA在线式带电检测方法中的主要设备。其中，漏电流指示型计数器不但具有传统避雷器计数器的计数功能，而且在长时间不间断运行电压环境下，漏电流指示型计数器还具有能够对MOA的漏电流值进行长期指示的功能，在过电压下，也能对避雷器的动作次数进行有效记录。在对MOA的泄漏电流进行测量时，原则上讲，由于避雷器的劣化程度只能够由阻性电流产生的功耗反映出来，因此应对阻性电流的峰值进行测量。不过因为阻性电流测试回路是比较复杂的，如果采用一般监测器，只能对MOA全电流的有效值进行测量。但是如果选用JSM-2型漏电流指示型計数器或者JSM-1型漏电流指示型计数器，不但能够简单测量出MOA全电流的有效值，而且能对避雷器的故障情况进行充分反映。因此直接测量阻性电流能反映金属氧化物避雷器的健康状况。为了准确测到避雷器运行工况下真实阻性电流需进行补偿。补偿的原理就是抽取系统电压补偿泄漏电流中的容性电流分量，以得到阻性电流分量。容性电流超前系统电压90°，因此将系统电压前移90°并反相将容性电流补偿掉。通过安装在避雷器上的传感器，可持续对避雷器的情况进行监测，当检测到接地回路中存在超过检测阈值的电流时，传感器将这些信息存储于传感器内存中，比如时间、波性幅值范围等，然后根据系统所需，可手动或自动地按时间设定值读取这些波性参数和测量其泄漏电流。

2.2.2解体检查

通过解体检查的方式对避雷器的内部情况进行深入分析，采用金属铝板与防爆膜对避雷器两端密封，将干燥的氮气填入其中，发现下法兰处的保护板周围存在明显的锈蚀迹象，密封不良，密封胶的一半已经脱落，第一道密封保护失效。将此处的保护板打开后，发现防爆膜已经破裂，金属板遭到严重的锈蚀，并呈现出墨绿色的锈蚀痕迹。芯体上部的弹簧与金属板相接位置也已经发生严重的锈蚀痕迹，芯体整个呈现出淡黄色，电阻片的表面附着些许白色氧化物，下端的硅胶袋已经破裂，并且具有明显的伤痕。

2.2.3停电试验与解体

为确认金属氧化物避雷器的缺陷原因，因此需要按照相关规程对避雷器进行停电试验与解体检查。（1）停电试验。停电试验主要是检测避雷器漏电电流以及底座的绝缘电阻。《输变电设备状态检修试验规程》规定：金属氧化物避雷器U1mA的初值差应不超过±5%且不低于《交流无间隙金属氧化物避雷器》的规定值，0.75U1mA漏电电流初值差小于30%或小于50μA。通过总结学者们的相关停电试验数据发现避雷器内部绝缘状况较差，阻性电流分量由于氧化锌电阻片的特性发生变化而增加，从而致使避雷器本体温度增加。（2）解体检查。对避雷器进行解体检查以进一步了解避雷器内部状况，并验证上述试验结果。采用金属铝板与防爆膜在避雷器的瓷瓶两端密封，填充干燥的氮气，下节避雷器铝质保护板边缘有明显锈蚀、防爆膜破裂、密封状况较差，芯体受潮严重。

结语

避雷器采取红外精确测温、全电流和阻性电流测试能有效发现运行中避雷器的潜在缺陷，两者相结合，互相验证，能够为避雷器状态检修提供一定参考。当避雷器阀片受潮不严重时，与历史数据相比，表现为全电流变化不大但阻性电流增加明显，因此应重视避雷器阻性分量的变化，对异常数据采取纵向及横向进行对比分析。

参考文献

[1]胡锡幸，鲍巧敏，华盛继.基于温度补偿的金属氧化物避雷器带电检测技术研究[J].电瓷避雷器，2017（1）：96-99.

[2]谭湘海，向继勇，赵宪，等.一起110kV金属氧化物避雷器受潮缺陷的分析处理[J].电工技术，2018（2）：67-69.

[3]严玉婷，江健武，钟建灵，等.金属氧化物避雷器事故分析及测试方法的比较研究[J].电瓷避雷器，2015（5）：63-69.

[4]赵宝瑞，蒋士朋，余杰，等.金属氧化物避雷器带电检测诊断研究分析[J].甘肃电力技术，2015（6）：22-24.