帶電檢測在金屬氧化物避雷器狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

周新軍，楊娟，黃洪波，蒯強(qiáng)

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司，湖南永州425000；2.國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410005)

帶電檢測在金屬氧化物避雷器狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

周新軍1，楊娟1，黃洪波1，蒯強(qiáng)2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司，湖南永州425000；2.國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410005)

探討了MOA帶電檢測的有效性和重要性，論述紅外熱像檢測和阻性電流檢測兩種技術(shù)的特點(diǎn)和適用范圍。利用這兩種帶電檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)一起110 kV主變中壓側(cè)避雷器的受潮缺陷，成功避免了避雷器接地故障和主變短路沖擊事故的發(fā)生。

帶電檢測；金屬氧化物避雷器；紅外熱像檢測；阻性電流檢測；受潮缺陷

金屬氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester，以下簡稱MOA)作為電力系統(tǒng)重要的過電壓保護(hù)設(shè)備，因其優(yōu)越的非線性特性、通流能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)〔1－3〕而被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)中，并為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保證。

目前，檢測MOA運(yùn)行狀態(tài)的手段主要有停電試驗(yàn)、帶電檢測和在線監(jiān)測3種〔1〕。其中，停電試驗(yàn)準(zhǔn)確有效，但必須停電，試驗(yàn)周期長；帶電檢測簡單有效、方法多樣，具備不停電、周期短等優(yōu)點(diǎn)，已在MOA狀態(tài)檢修中推廣；在線監(jiān)測實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但因監(jiān)測的是全電流參數(shù)，對(duì)一些MOA初步受潮和早期老化的缺陷反映不靈敏。因此，帶電檢測可及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中MOA的真實(shí)絕緣狀況。并且隨著帶電檢測在狀態(tài)檢修總工作量所占比重增大，成效顯著，國家電網(wǎng)公司已逐漸提倡“以帶代?！?即以帶電檢測代替停電試驗(yàn))狀態(tài)檢修新模式。

1 常用MOA帶電檢測技術(shù)

MOA帶電檢測現(xiàn)有技術(shù)有紅外熱像檢測、運(yùn)行中持續(xù)電流檢測和高頻局部放電檢測3種〔1〕。其中，紅外熱像檢測、運(yùn)行中持續(xù)電流檢測在MOA實(shí)際檢測中積累較多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和成功案例〔2－3〕，且簡單有效、技術(shù)成熟，得到國內(nèi)外一致認(rèn)可。高頻局放檢測作為MOA帶電檢測中一種新型技術(shù)，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，可對(duì)避雷器故障進(jìn)行更深入的分析，但因儀器成本高、圖譜相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)階段在各地市供電公司推廣較為困難。

1.1 紅外熱像檢測

紅外熱像檢測是將MOA的紅外輻射信號(hào)，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)放大處理后得到紅外熱像圖，再通過分析紅外熱像圖上的發(fā)熱特征來判斷MOA的運(yùn)行狀況和電氣性能是否良好。

紅外測溫具有不停電、不取樣、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工作應(yīng)用非常廣，但不能準(zhǔn)確判斷避雷器是因受潮還是老化導(dǎo)致的缺陷。另外，MOA屬于電壓致熱型設(shè)備，在紅外測溫時(shí)應(yīng)手動(dòng)調(diào)節(jié)溫寬，一般為3～8℃，溫寬下限應(yīng)略低于避雷器本體溫度。實(shí)際紅外熱像檢測中，MOA的發(fā)熱特征一般可歸納為:

1)正常狀態(tài)。MOA正常運(yùn)行時(shí)，通過本體的泄漏電流很少(0.3～0.7 mA)，整體溫度分布均勻，同相溫升和相間溫差較少(一般小于1℃)。

2)初步受潮。受潮初期，水分開始滲入絕緣筒和閥片側(cè)邊，閥片的某部分(面或線)受潮，受潮部位流過的泄漏電流增加，此時(shí)，故障部位比非故障發(fā)熱量要大，從而表現(xiàn)出局部(某小塊或某一方位)發(fā)熱特征。這種發(fā)熱一般在紅外測溫過程中因拍攝視角原因較難發(fā)現(xiàn)。

3)嚴(yán)重受潮。此時(shí)水分滲入到各閥片之間，可能會(huì)出現(xiàn)未受潮閥片發(fā)熱量大于受潮閥片發(fā)熱量，此時(shí)也表現(xiàn)為局部發(fā)熱，是全方位、多角度、分層面的發(fā)熱。此外，當(dāng)絕緣筒整體受潮時(shí)，也會(huì)表現(xiàn)為整體發(fā)熱。

4)閥片老化。MOA老化時(shí)一般表現(xiàn)為整體或多個(gè)閥片普遍發(fā)熱的特征，與一些嚴(yán)重受潮發(fā)熱特征很相似。故很難用紅外熱像檢測來區(qū)分其與受潮發(fā)熱之間的區(qū)別。

1.2 阻性電流檢測

目前，MOA運(yùn)行中阻性電流檢測方法主要有電流法、二次電壓法、諧波法、容性電流補(bǔ)償法等，實(shí)際中較為常用的是電流法和二次電壓法，但國內(nèi)外公認(rèn)最有效的檢測方法是二次電壓法〔3，5〕。

二次電壓法接線圖如圖1所示，避雷器阻性電流測試儀從母線TV的二次計(jì)量端子獲取電壓，通過短接避雷器放電計(jì)數(shù)器(或避雷器監(jiān)測儀)兩端來獲取三相避雷器的泄漏電流，再對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行處理，得出總電流與同相電壓之間的相位差φ，然后根據(jù)公式IR＝IXcosφ計(jì)算出阻性電流。

實(shí)際檢測中，常利用全電流和阻性電流的縱橫向比較來判斷MOA受潮或老化程度。此外，還可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，利用阻性電流與全電流的比例關(guān)系、電流超前電壓的角度φ、功率損耗和阻性電流的諧波成分等方法進(jìn)一步分析MOA的受潮和老化情況〔5〕。

圖1 二次電壓法接線圖

2 MOA帶電檢測技術(shù)的應(yīng)用

2.1 故障概述

2015年3月22日，試驗(yàn)人員對(duì)110 kV某變電站進(jìn)行紅外測溫時(shí)發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變35 kV側(cè)避雷器(即410避雷器)紅外熱像圖異常，相間溫差大于1℃。后立即對(duì)該避雷器進(jìn)行運(yùn)行中持續(xù)電流檢測，全電流和阻性電流數(shù)據(jù)也存在異常。該避雷器型號(hào)為HY5WZ－51/134，2005年10月出廠，2007年2月投運(yùn)?？紤]雷雨季節(jié)即將到來，對(duì)其進(jìn)行了更換處理。

2.2 帶電檢測情況

2.2.1 紅外熱像檢測

用紅外熱像儀檢測的紅外熱像圖如圖2所示。

圖2 410避雷器紅外熱像圖

由圖2可知，410B相避雷器最高溫度為26.0℃，正常相(A，C相)溫度約為16.7℃，相比溫差8.7℃，B相本體上下溫差8.6℃。此外，B相的主要發(fā)熱部位集中在靠頂部位置，上下方向具有較為明顯的分界面。依據(jù)MOA發(fā)熱特征，初步懷疑避雷器內(nèi)部閥片嚴(yán)重受潮或老化。依據(jù)文獻(xiàn)〔6〕，該避雷器為危急缺陷，應(yīng)立即停電檢查。

2.2.2 運(yùn)行中持續(xù)電流檢測

在發(fā)現(xiàn)紅外熱像異常后，采用二次電壓法對(duì)這兩組避雷器進(jìn)行了運(yùn)行中持續(xù)電流帶電檢測，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 運(yùn)行中持續(xù)電流檢測數(shù)據(jù)

對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向分析，發(fā)現(xiàn)410B相避雷器全電流和阻性電流增長幅度均較大，其中全電流是正常相(B，C相)的3倍多，阻性電流是正常相的100多倍，阻性電流占全電流62.7%，且基波為阻性電流的主要成分，其它諧波含量很小。至此，可以判斷該缺陷是由避雷器內(nèi)部受潮引起。

此外，觀察三相避雷器監(jiān)測儀的讀數(shù)分別為0.25 mA，0.68 mA，0.28 mA，與檢測到的全電流數(shù)據(jù)基本一致；放電計(jì)數(shù)器讀數(shù)分別為20，132，18，B相放電次數(shù)明顯偏多，而35 kV母線避雷器三相計(jì)數(shù)器數(shù)值比較接近，排除B相線路常遭受雷電入侵，可能原因是該故障避雷器的非線性特性發(fā)生變化，導(dǎo)致其動(dòng)作電壓降低。

2.3 停電試驗(yàn)情況

2015年3月23日，將該變電站1號(hào)主變轉(zhuǎn)檢修，對(duì)410避雷器進(jìn)行停電試驗(yàn)，包含絕緣電阻、直流1 mA下參考電壓U1mA和0.75U1mA下泄漏電流等試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 410避雷器停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2中數(shù)據(jù)可知，410B相避雷器本體絕緣存在明顯下降；U1mA相比正常相明顯偏小，遠(yuǎn)小于GB11032中對(duì)該類型避雷器的規(guī)定值73 kV，其初值差為－57.2%，遠(yuǎn)大于－5%的要求；0.75U1mA下泄漏電流I大于規(guī)定的50 μA，其初值差近3 000%，遠(yuǎn)大于30%的標(biāo)準(zhǔn)，而其它兩相各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。因此，可判斷A相避雷器內(nèi)部受潮較為嚴(yán)重。

2.4 解體檢查

2015年3月25日，對(duì)該故障避雷器進(jìn)行解體檢查。解體前，對(duì)其進(jìn)行外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)底部硅橡膠與底座之間存在明顯的縫隙，如圖3所示，而頂部硅橡膠與頂蓋之間的吻合度較好，未發(fā)現(xiàn)明顯縫隙。解體后，發(fā)現(xiàn)壓緊彈簧與頂蓋接觸處銹蝕嚴(yán)重，彈簧其它部分氧化嚴(yán)重，已形成密集的小白斑，如圖4所示；中、下部氧化鋅閥片受潮嚴(yán)重，閥片之間及側(cè)面已出現(xiàn)明顯大面積的鋅白(水分與氧化鋅閥片的結(jié)合物)，頂部幾片閥片外觀良好，僅側(cè)邊出現(xiàn)少許銹蝕，如圖5所示。

圖3 硅橡膠與底座之間的縫隙圖

圖4 避雷器頂部壓緊彈簧銹蝕硅

圖5 氧化鋅閥片受潮情況

對(duì)所有閥片單個(gè)進(jìn)行絕緣電阻測試，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 各節(jié)閥片絕緣電阻測試結(jié)果MΩ

由表3可知，該避雷器中、下部閥片(1－16號(hào))絕緣電阻較小，受潮嚴(yán)重，而頂部閥片(17－20號(hào))絕緣良好，21號(hào)閥片初步受潮，跟解體檢查結(jié)果一致。之后對(duì)受潮閥片進(jìn)行簡單干燥處理，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻有所增大，說明閥片并未老化。

2.5 原因分析

1)該MOA屬進(jìn)水受潮缺陷，受潮原因?yàn)楣柘鹉z與金屬底座的澆鑄和密封工藝不佳。隨著運(yùn)行年限的增加，潮氣從底部縫隙滲入避雷器內(nèi)部。

2)在受潮初期時(shí)底部閥片會(huì)先發(fā)熱，然后因熱量的向上效應(yīng)導(dǎo)致其夾帶著水分往上擴(kuò)散，從而使受潮范圍加大。同時(shí)，少量水分上升到頂部使得壓緊彈簧銹蝕和21號(hào)閥片輕微受潮。

3)MOA中、下部閥片的絕緣電阻因嚴(yán)重受潮而迅速降低，根據(jù)分壓理論，頂部正常的氧化鋅閥片發(fā)熱量要比中、下部大很多，這是紅外熱像檢測時(shí)MOA上部溫度異常的直接原因。

3 結(jié)束語

1)MOA早期受潮或老化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)泄漏電流增加、表面溫度升高等現(xiàn)象，故通過阻性電流檢測和紅外熱像檢測技術(shù)可有效發(fā)現(xiàn)這些缺陷。

2)跟避雷器阻性電流檢測相比，紅外熱像檢測最大優(yōu)點(diǎn)是不受電場干擾。但在夏季或太陽下紅外測溫時(shí)，易受環(huán)境溫度和光反射的影響，特別對(duì)避雷器此類電壓致熱型設(shè)備，1～2 K的溫差即代表著嚴(yán)重及以上缺陷，易造成誤判。因此，MOA紅外熱像檢測應(yīng)選擇傍晚或陰天進(jìn)行。

3)一般而言，阻性電流檢測不但可發(fā)現(xiàn)避雷器早期受潮或老化缺陷，還可區(qū)分該缺陷是受潮還是老化，但易受周圍電場干擾。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合紅外熱像檢測、阻性電流檢測兩者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行綜合分析和判斷。

〔1〕謝鵬，張國棟.金屬氧化物避雷器試驗(yàn)測試方法的發(fā)展及應(yīng)用〔J〕.電瓷避雷器，2006(5):36-38.

〔2〕王慶軍，郭守賢，鄭世玲，等.一次220 kV氧化鋅避雷器紅外測溫異常的處理〔J〕.高電壓技術(shù)，2004，30(5):57-58.〔3〕嚴(yán)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，2011(5):63-69.〔4〕國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院.電力設(shè)備紅外診斷典型圖譜及案例分析〔M〕.北京:中國電力出版社，2013.

〔5〕趙俊峰，王立軍，柳立為，等.金屬氧化物避雷器狀態(tài)診斷新方法與應(yīng)用〔J〕.河北電力技術(shù)，2014，33(2):16-26.

〔6〕中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范:DL/T 664—2008〔S〕.北京:中國電力出版社，2008.

〔7〕陳潤穎，毛學(xué)鋒.變電設(shè)備故障診斷及分析〔M〕.北京:中國電力出版社.2014.

Application of live detection in MOA condition-based maintenance

ZHOU Xinjun1，YANG Juan1，HUANG Hongbo1，KUAI Qiang2(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Yongzhou Power Supply Company，Yongzhou 425000，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Changsha Power Supply Company，Changsha 410005，China)

This article discusses the effectiveness and importance of MOA electrified test，and summaries the characteristics and scope of application of infrared thermography test and resistive current test technology.Through with these two live detection technologies，an arrester damp defect on the medium voltage side of a 110 kV transformer was found，a ground fault of the arrester and a short-circuit impact accident of the transformer were successfully avoided.

live detection；MOA；infrared thermography inspecting；resistive current test；damp defect

TM862.1

B

1008-0198(2016)01-0066-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.019

2015-07-27 改回日期:2015-11-02