基于带电检测技术的金属氧化物避雷器缺陷分析

申康丽

引言

金属氧化物避雷器（MOA）以其优良的非线性特性而广泛应用于电力系统中，是目前电力系统过电压防护的主要设备，其运行可靠性直接关系到电力系统设备的安全稳定。实际运行经验表明，避雷器长期运行可能会出现发热、绝缘性能下降的缺陷，如何及时发现这些缺陷具有重要意义。

1金属氧化物避雷器结构

金属氧化物避雷器主要由以下部分组成：主体元件、接线盖板、绝缘底座均压环以及压力释放装置等。当避雷器在运行时发生超负载或意外情况时，压力装置会自动调节动作，避免事故的发生。同时，避雷器的绝缘底座上装有显示自身运行状态的监测器。金属氧化物避雷器的基本结构是阀片，核心原件材料为氧化锌电阻片，呈圆饼形或环形，该材料具有保护特性好、通流能力大、结构简单和稳定性好等特性。当前使用的无间隙结构金属氧化物避雷器仅用氧化锌电阻片，无串联间隙。

2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。

3检测方法

3.1带电检测

在运行过程中，当避雷器电阻片老化后会加剧发热，与在相同作业条件下的其他类型避雷器相比，金属氧化物避雷器的整体或局部温度偏高，温差不断加大，通过红外热成像检测技术能够准确发现这一缺陷。此外，阻性电流测试同样是一种有效检测避雷器缺陷的手段，当避雷器劣化或存在隐患时，Ix反应最为迅速，全电流Ix会随着避雷器的故障程度而逐渐增大。利用数字化测量与分析技术，并结合专业的检测仪器可以将阻性电流从Ix中精准地分离出来。当阻性电流数值持续增加时，应对其原因进行深入剖析并定期进行检测，当数值快速增加时，需要立即进行停电检查，避免发生意外。

3.2停电试验与解体

（一）停电实验。（1）对绝缘电阻进行实验，通过测试可知上节绝缘电阻的数值为1480MΩ，下节绝缘电阻为950MΩ，温度为18℃，湿度为65%。避雷器的绝缘材料为瓷质，外观不存在开裂现象与其他问题，从数据测试结果可知与规程中的要求不符合，正常的绝缘电阻应高于2500MΩ。（2）对直流电压与泄漏电流进行实验，通过测试可知上节直流电压为157.1kV，泄漏电流为73μA；下节直流电压为121.6kV，泄漏电流为201μA；温度为18℃，湿度为65%。由此可知，避雷器下节直流电压的初始差值高于-5%，上下两节的泄漏电流均高于50μA，因此该避雷器在直流电压与泄漏电流两个方面都与规程中的要求不相符合。（3）对阻性电流与全电流进行实验，主要对单节避雷器施加运行电压，以此来测试阻性电流与全电流的大小，经过测试可知，避雷器上节电压为70.2kV，全电流为0.359mA，阻性电流为0.115mA；下节电压为71kV，全电流为0.689mA，阻性电流为0.677mA，温度为18℃，湿度为65%。通过各种测量数据可知，避雷器内部绝缘存在异常情况，氧化锌电阻片的特性改变，导致交流泄漏电流阻性提升，进而使避雷器的本体温度增加。（二）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。

4缺陷类型及原因

（1）缺陷类型。按照部件类型可将金属氧化物避雷器缺陷分为自身缺陷、外绝缘缺陷、接地引下线缺陷、引流线缺陷、底座缺陷、监测器缺陷等。缺陷的表现形式主要包括:过热、泄漏电流指示值超标、下泄漏电流超标等。（2）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。

5提高避雷器带电检测准确度的措施

（1）在同一变电站内若多相避雷器运行方式相同情况下，如果某一相避雷器在线监测器的读数明显高于其它相及正常值．一般该相某节已发生故障，应引起高度重视。这时，可用红外测温仪测量或测阻性电流作为进一步的判断依据。（2）对避雷器进行带电检测时，采用二次电压法，引入角度校正，能有效的对避雷器运行状况提供准确的依据，避免对氧化锌避雷器状况的误判断。（3）对于装有在线监测器的避雷器，运行单位应认真进行数据记录、比较，尤其是故障情况下读数的变化以及相应的试验数据、天气情况等，为做好故障判断工作积累数据。避雷器在线检测技术的有效应用依赖于大量检测数据和经验的积累。笔者结合一起避雷器缺陷发现及处理过程，来说明带电检测技术在避雷器故障诊断中的重要作用。

结语

随着智能电网的不断发展，电力设备检测也向着在线监测的方面发展。对于金属氧化物避雷器来说，对其进行带电检测的过程中应与信息技术相结合，以现代化手段使避雷器中存在的缺陷被准确的反映出来，使其得到及时有效的监控与解决，进而促进我国电网的健康高效发展。

参考文献

［1］胡锡.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.

［2］谭湘.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.