氧化锌避雷器在线监测原理及缺陷分析

氧化锌避雷器在线监测原理及缺陷分析

本文介绍了氧化锌避雷器及其在线监测技术，介绍了氧化锌避雷器阀片的伏安特性曲线，并解释了避雷器泄漏电流产生的原因及监测其阻性电流能较灵敏的发现缺陷，详细阐述了避雷器在线监测的内部原理、测量方法，重点介绍了石家庄供电公司在实际应用中发现的两例典型缺陷，以及在线监测技术在今后生产中的发展趋势。

标签：避雷器在线监测阻性电流

1 概述

氧化锌避雷器（以下简称MOA）是一种新型保护器，它具有非常好的非线性伏安特性。在低电压（系统标称电压）作用下，流过避雷器的电流仅为微安级，所以MOA可以不用串联间隙，但由于取消了放电间隙，ZnO阀片将长期直接承受工频电压作用而产生劣化，引起避雷器伏安特性的变化和泄漏电流的增加。在多次释放雷电能量时会造成MOA的劣化和老化，如果不及时处理会引起避雷器爆炸。

我公司多年来一直致力于开展、探索避雷器的带电测试工作，在线监测技术是在运行电压下，采用专用仪器测试电力设备的绝缘参数，它能真实地反映电力设备在运行条件下的绝缘状况，因此有利于检测出内部绝缘缺陷。另一方面带电测试可以不受停电时间限制，随时可以进行测试，其测试结果便于相互比较，并且可以测得较多带电测试数据，从而对设备绝缘可靠地进行统计分析，有效地保证电力设备的安全运行。带电测试工作的数据为今后我公司全面开展实施状态检修工作奠定了坚实的基础。本文就重点介绍了用二次法测量MOA泄漏电流的原理、仪器使用及数据分析等工作。

2 10kV～220kV氧化锌避雷器在线监测原理及方法

MOA作为阀片（碳化硅）避雷器的更新换代产品，已广泛应用于各种电压等级电力網。

2.1 MOA泄漏电流的产生及阻性分量能发现的缺陷MOA在运行电压U作用下，通过电阻片的总电流包含容性电流及阻性电流两部分。容性电流的值取决于电阻片材料介电系数及几何尺寸，一般是不随运行时间而变化的。阻性电流的值取决于电阻片内颗粒表层非线性高阻层，是随运行时间而变化。当电阻片劣化或者受潮时，阻性分量增加。

当工频电压作用于MOA时，避雷器相当于一台有损耗的电容，其中容性电流Ic的大小仅对电压分布有意义，也不影响发热，而阻性电流Ir则是造成金属氧化物电阻片发热的原因。良好的MOA虽然在运行中长期承受工频运行电压，流过的持续电流通常远小于工频参考电流，引起的热效应极微小，不引起避雷器

性能的改变。而在避雷器内部出现异常时，主要是阀片严重劣化和内壁受潮等阻性分量将明显增大，并可能导致热稳定破坏，造成避雷器损坏。因此运行中定期监测金属氧化物避雷器的持续电流的阻性分量，是保证安全运行的有效措施。

2.2 泄漏电流在线监测原理及实际应用检测流经MOA的阻性电流分量或由此产生的功耗能发现MOA的缺陷，我们要测量阻性分量，就需要取试品的端电压来作为信号。LCD-4型阻性电流测量仪就是利用这个原理。

国内也有厂家根据这种监测阻性电流的原理生产了AI-6103氧化锌避雷器带电测试仪，可以进行全电流的测量分析，主要目的是测量MOA的阻性电流，由此判断MOA受潮和老化程度。

2.3 相间干扰分析现场测量时，一字排开的避雷器，总有相间干扰的影响，造成中间B相通过杂散电容对A相、C相全电流产生影响，A相Φ减少2°~3°左右，阻性电流增大，C相Φ增大2°~3°左右，阻性电流减小。B相基本不变。这种现象称为相间干扰。

2.4 实际应用中发现的典型缺陷缺陷一：2008年6月17日石家庄供电公司大河变电站2#变10kV侧避雷器的带电测试发现A相单相接地。

如果P、Ir、Ix的试验结果与历年记录相比无显著变化，或者历史记录本身有逐渐的微小变化，说明情况正常；如果和历史记录相比有突变，则应查明，找出故障加以排除。但是需要注意试验条件的可比性，气象条件和试验条件等对试验的影响。

现场分析：①A相阻性电流变化率：（13810-91）/91=150，增大太多，严重超标。②表（1）中A相出现明显差距，可能导致了单相接地故障或者内部出现严重受潮，属于严重缺陷，此时ZnO电阻片的运行方式在伏安特性曲线中的Ⅱ部分（非线性区）。应立即处理。

当天停大河2#主变，立即更换母桥避雷器。更换后，送电带电测试母线桥避雷器阻性电流正常。该项缺陷是由于带电测试数据数据明显增大而发现的。

缺陷二：2009年11月6日石家庄供电公司大河变电站110kV2#母线避雷器的带电测试发现B相固定底座的螺丝将底座与地短接，致使B相底座绝缘为0，计数器表针不起。

现场分析：①从11月6日的测量数据看，横向比较B相所测数据正好为A、C相的一半，纵向比较A、C相数据与夏季测量结果无明显变化（夏季温度高，测量结果一般比冬季大）。②2009年11月6日大河110kV 2#母线电压：AB：116.7kV，BC：114.8kV，CA：115.8kV。三相基本平衡，并不是系统造成B相泄漏电流数据正好减小一半。另外当天为了确保分析正确，对仪器也进行了校验，对大河站其余的避雷器进行了带电测试数据，数据测试情况无明显变化，说明仪器本身没有问题。③从测试原理分析，当测试引线接至计数器上方时，将计数器

短路，避雷器本体的泄漏电流通过仪器的电流互感器入地。而现在测试数据正好为正常时的一半，说明还有一个短路支路并联存在于计数器两侧。初步分析为底座绝缘可能损坏，将计数器短路，致使计数器表针不起。

第二天将避雷器停电试验，底座绝缘电阻不合格，后经检查发现固定底座的螺丝将底座与地短接，处理后底座绝缘恢复。送电后计数器的电流表指示恢复正常。该项缺陷是由于带电测试数据明显减小而发现的。

3结束语

综上所述，电气设备即便都按规定、按周期做了常规预防性试验，但事故仍然时有发生，其主要原因之一是由于现有的试验项目和方法往往难以保证在这一个周期内不发生故障。由于绝大多数故障在事故前都有先兆，这就要求发展一种连续或选时的监测技术，在线监测就是在这种情况下产生的。由于现在不少设备的运行电压已远高于停电后的试验电压，如能利用运行电压本身对高压电气设备绝缘情况进行试验，这样就可以大大提高试验的真实性和灵敏度，以便及时发现绝缘缺陷，这是在线监测的一个重要的出发点。随着状态检修在今后的生产中的实施，为在线监测揭开了新的一页，在线检测技术也将在我们的工作中起到更好更强的作用。避雷器在线检测技术就是及时监测避雷器运行状态的有效手段之一。

参考文献：

[1]成永红.电力设备绝缘检测与诊断[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]周泽村，沈其工，方瑜.高电压技术[M].北京：中国电力出版社，2005.