500 kV金屬氧化物避雷器的故障分析與建議

白冰

摘 要：金屬氧化物避雷器（MOA）是用于保護(hù)輸變電設(shè)備的絕緣免受過電壓危害的重要保護(hù)電器，它具有響應(yīng)快、伏安特性平坦、性能穩(wěn)定、通流容量大、殘壓低、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用于發(fā)電、輸電、變電、配電等系統(tǒng)中。定期對(duì)MOA進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量和泄露電流測(cè)試，一旦發(fā)現(xiàn)MOA絕緣電阻明顯降低或被擊穿，應(yīng)立即更換以保證配變安全健康運(yùn)行。對(duì)于金屬氧化物避雷器的安全使用，應(yīng)該不斷對(duì)其安全性能進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)各系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：金屬氧化物 避雷器 故障

中圖分類號(hào)：TM206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（c）-0056-02

金屬氧化物避雷器又稱金屬氧化鋅避雷器，它是20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)的新型避雷器，迄今為止，在我國電網(wǎng)中已廣泛應(yīng)用，其系統(tǒng)原理如圖1所示。它與普通閥型避雷器的主要區(qū)別在于閥片材料不同，普通閥型避雷器的閥片材料是碳化硅（金剛砂），而金屬氧化物避雷器的閥片材料是由半導(dǎo)體氧化鋅和其他金屬氧化物（如氧化鉆、氧化錳等）在高溫（1 000 ℃以上）下燒結(jié)而成。氧化鋅閥片又稱壓敏電阻，具有比碳化硅更優(yōu)良和更理想的非線性電阻特性。在系統(tǒng)運(yùn)行電壓下，它的電阻很大，通過的電流很小，僅為1 mA左右，這樣小的電流不會(huì)燒壞閥片，因此，可以不用串聯(lián)間隙來隔離工頻運(yùn)行電壓；當(dāng)電壓升高時(shí)，它的電阻變得很小，可以通過大電流，殘壓也很低，使設(shè)備得到保護(hù)，而過電壓消失之后，它又恢復(fù)原狀，只有壓敏電阻片的新型避雷器，壓敏電阻片是由氧化鋅等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，具有理想的閥特性，同時(shí)具有非線性系數(shù)小、保護(hù)特性好、能量吸收能力強(qiáng)、通流能力大、結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 直流高壓試驗(yàn)故障案例

某變電站對(duì)金屬氧化物避雷器進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)異常，該金屬氧化物避雷器兩端電壓為500 kV，為了保障試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在對(duì)金屬氧化物避雷器設(shè)置屏蔽線之后相關(guān)人員又進(jìn)行了二次試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，C相避雷器U1mA值要大于規(guī)定數(shù)值145 V，但是U1mA值誤差小于5%，滿足相關(guān)要求。0.75U1mA泄露電流差值雖然大于30%，但是泄露電流的絕對(duì)值小于50 μA，金屬氧化物避雷器的直流參考電壓和泄露電流都沒有超過警戒范圍，按理說沒有故障問題。然而，實(shí)際情況是C相避雷器的數(shù)值變化較為明顯，因而可以斷定，雖然直流參考電壓和泄露電流在正常范圍之內(nèi)，但是金屬氧化物避雷器仍然存在著故障。在對(duì)金屬氧化物避雷器排除故障時(shí)，對(duì)避雷器內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部出現(xiàn)了擊穿和開裂，但是沒有受潮和老化。

2 驗(yàn)證故障試驗(yàn)

為了驗(yàn)證金屬氧化物避雷器發(fā)生擊穿和開裂現(xiàn)象對(duì)高壓試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，將避雷器進(jìn)行分組，一組為發(fā)生開裂的閥片，一組為正常沒有開裂的閥片，兩組閥片數(shù)量都為15片，該兩組閥片分別被編號(hào)為A組和B組。為了進(jìn)一步的試驗(yàn)，取3片被擊穿閥片作為C組，3片發(fā)生開裂閥片為D組，最后取3片較為正常的閥片作為E組，對(duì)5組閥片再一次進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。通過比較5組試驗(yàn)的結(jié)果，被擊穿的閥片直流參考電壓和泄露電流的變化均比較明顯。由于該金屬氧化物避雷器由33片閥片構(gòu)成，由于存在一定數(shù)量的正常閥片，使直流參考電壓和泄露電流的變化看起來不至于太過明顯，仍然滿足安全警戒范圍，但是該金屬氧化物避雷器實(shí)際上已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的故障。因此，單單根據(jù)U1mA和0.75U1mA就判定金屬氧化物避雷器沒有發(fā)生故障是非常不正確的。

3 分析結(jié)論

在該次試驗(yàn)中，雖然從表面看，U1mA和0.75U1mA均滿足《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》的安全規(guī)范，但是金屬氧化物避雷器內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了擊穿和開裂現(xiàn)象，已經(jīng)遭到破壞。因此，該規(guī)范的合理與否值得商榷。一方面，相關(guān)的專業(yè)人士應(yīng)該出臺(tái)更符合實(shí)際的相關(guān)規(guī)范；另一方面，在進(jìn)行金屬氧化物直流高壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該具體問題具體分析，規(guī)程只是起到一定參考作用，但是不能起到?jīng)Q定性作用，這樣才能有效避免出現(xiàn)誤判，從而做出錯(cuò)誤的決定，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在進(jìn)行避雷器的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，影響原因并不唯一。應(yīng)該根據(jù)不同的干擾源采取相應(yīng)的措施，將各種原因的影響降至最低，得到較為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷避雷器是否合格，為電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提供保障，所以，電力設(shè)備高壓試驗(yàn)是一項(xiàng)技術(shù)性非常高的工程，并且極其復(fù)雜，并與管理模式、評(píng)估技術(shù)以及診斷技術(shù)等非常多因素都有著一定的關(guān)系。與此同時(shí)，因?yàn)楦邏涸囼?yàn)具有非常特殊的工作環(huán)境，為了能夠適應(yīng)這種環(huán)境，要求參試人員應(yīng)該對(duì)高壓實(shí)驗(yàn)的環(huán)境首先進(jìn)行熟悉，最終將實(shí)驗(yàn)的技術(shù)水平進(jìn)行有效提高，并且對(duì)一些影響因素也進(jìn)行充分分析，最終能夠有效地保證實(shí)驗(yàn)可以順利進(jìn)行。相信只要相關(guān)的電力技術(shù)人員能夠共同合作與努力，就一定會(huì)將高壓實(shí)驗(yàn)的諸多研究進(jìn)行明顯提高，最終為社會(huì)為人們帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

4 改進(jìn)措施

金屬氧化物避雷器（MOA）在正常工作時(shí)與配變并聯(lián)，上端接線路，下端接地。當(dāng)線路出現(xiàn)過電壓時(shí)，此時(shí)的配變將承受過電壓通過避雷器、引線和接地裝置時(shí)產(chǎn)生的三部分壓降，稱作殘壓。在這三部分過電壓中，避雷器上的殘壓與其自身性能有關(guān)，其殘壓值是一定的。接地裝置上的殘壓可以通過使接地引下線接至配變外殼，然后再和接地裝置相連的方式加以消除，對(duì)如何減小引線上的殘壓就成為保護(hù)配變的關(guān)鍵所在。引線的阻抗與通過的電流頻率有關(guān)，頻率越高，導(dǎo)線的電感越強(qiáng)，阻抗越大。從U=IR可知，要減小引線上的殘壓，就得縮小引線阻抗，而減小引線阻抗的可行方法是縮短MOA距配變的距離，以減小引線阻抗，降低引線壓降，所以避雷器應(yīng)安裝在距離配電變壓器近點(diǎn)更合適，安裝圖見圖1。

5 結(jié)語

該文主要對(duì)金屬氧化物避雷器直流高壓試驗(yàn)進(jìn)行分析，該試驗(yàn)可以對(duì)金屬氧化物避雷器的性能進(jìn)行診斷，找到其性能方面存在的不足。然而，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，要根據(jù)具體實(shí)際情況和規(guī)范相結(jié)合，這樣才能有效避免出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象，從而保障金屬氧化物避雷器的良好性能，使電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過不斷實(shí)驗(yàn)，才能將金屬氧化物避雷器更加安全有效地應(yīng)用于生活中，才能為各電力系統(tǒng)的安全性做出最可靠的保證，促進(jìn)國家和社會(huì)電力事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

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