對線路GMOA試驗方法的探討

劉傳波，蘇 旸，白佳天，王 祺，謝欣南

(國網(wǎng)撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

對線路GMOA試驗方法的探討

劉傳波，蘇 旸，白佳天，王 祺，謝欣南

(國網(wǎng)撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

近幾年在10～220 kV線路上大量使用GMOA。由于GMOA不承受工作電壓及暫時過電壓作用，因此，某些生產(chǎn)廠家建議可不進行預(yù)防性試驗。近來通過對GMOA運行情況調(diào)查了解，發(fā)現(xiàn)為數(shù)不少的GMOA存在進水受潮和硅橡膠傘套失去憎水性現(xiàn)象，為預(yù)防GMOA失去保護效果，對其進行試驗是正確的。線路GMOA多數(shù)運行在高山峻嶺中，數(shù)量多、拆卸安裝工作量大，常規(guī)的U1 mA和0.75U1 mA下試驗所用的直流發(fā)生器笨重，搬運困難，而且需要220 V交流電源，試驗難度大。針對GMOA事故的特點，優(yōu)選出適用于GMOA的試驗項目非常必要。本文闡述了優(yōu)選的試驗項目的原理和操作步驟，通過理論論證了其可行性和科學(xué)性。

GMOA；硅橡膠傘套；絕緣電阻；噴霧分級法；憎水性

Abstract:According to the GMOA accident characteristics, the accidents causes of the GMOA are analyzed and the test methods applicable to GMOA are preferred. The principles and steps of the preferred test methods are described, and its feasibility and scientific are demonstrated.

Keywords：GMOA；silicone rubber umbrella sets；insulation resistance；spray grading method；hydrophobic

1 GMOA概述

20世紀(jì)60年代開始研制氧化鋅(ZnO)電阻片(現(xiàn)統(tǒng)稱金屬氧化物電阻片，簡稱MOR)。70年代用MOR疊置成金屬氧化物避雷器(簡稱MOA)，MOA又分為無間隙氧化物避雷器(簡稱WGMOA)和帶串聯(lián)間隙氧化物避雷器(簡稱GMOA)。因MOA具有陡波響應(yīng)快、通流能力大、殘壓低、十分優(yōu)良的U-I特性等優(yōu)點，目前被國內(nèi)外廣泛使用。

由于WGMOA長期承受著電網(wǎng)電壓，有時還要承受暫時過電壓(工頻過電壓和諧波過電壓)，至使WGMOA發(fā)熱老化，導(dǎo)致發(fā)生熱崩潰事故。為此20世紀(jì)80年代一些發(fā)達國家開始研發(fā)帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器，如圖1所示。由于線路GMOA安裝地點分散性大、多數(shù)運行在高山峻嶺中，數(shù)量多、拆卸安裝難度大，常規(guī)測試避雷器U1 mA和0.75U1 mA下泄漏電流所用的直流發(fā)生器笨重，給搬運工作帶來困難，而且需要220 V交流電源，試驗難度大。優(yōu)選出專門適宜線路GMOA的試驗項目，對保證GMOA安全可靠運行具有實際意義。本文中“優(yōu)選的試驗項目”是指采用10 000 V兆歐表測試GMOA的絕緣電阻和用噴霧分級法判別硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的憎水性。

(a)用絕緣子構(gòu)成串聯(lián)間隙 (b)用空氣間隙作為串聯(lián)間隙

2 GMOA損壞的原因

MOA同其它電氣設(shè)備一樣，長期遭受惡劣自然環(huán)境(雨、霧、雪、露、冰、風(fēng))的作用，設(shè)備周圍有害的氣體的作用，內(nèi)部的局部放電，環(huán)境溫度巨變的作用，大沖擊電流通過MOA致使顆粒層超過電流密度承受力導(dǎo)致局部遭到破壞，各種污閃(包括雨閃、冰閃和鳥糞閃)的威脅，過電壓(大氣過電壓和操作過電壓)的作用，MOA發(fā)生損壞是難免的[1]。根據(jù)實際運行經(jīng)驗和多次事故分析總結(jié)，確定導(dǎo)致MOA損壞的原因有以下6種：①遭受超過MOA最大允許通流容量的直擊雷；②MOR長期在工作電壓作用下老化；③遭受長時間(20 min以上)超過避雷器額定電壓幅值的暫態(tài)過電壓；④遭受單相間歇性弧光過電壓的侵襲；⑤MOA的硅橡膠復(fù)合絕緣傘套表面發(fā)生污穢閃絡(luò)；⑥密閉不嚴(yán)使內(nèi)腔侵潮[2]。

圖2為GMOA簡易工作原理圖，因為串聯(lián)間隙的存在，使得MOA的損壞原因有所改變。

圖2 GMOA工作原理圖

間隙就是一種特殊“電阻”元件，間隙未放電時電阻無窮大，間隙放電其阻值為零。間隙的作用是氧化鋅避雷器與導(dǎo)電部分隔斷。使避雷器免受工作電壓和暫態(tài)過電壓(簡稱TOV)的影響，又因間隙的存在，消弱了直擊雷和單相間歇性弧光過電壓的危害。所以導(dǎo)致GMOA損壞的主要原因：一是MOA硅橡膠復(fù)合絕緣傘套表面發(fā)生污穢閃絡(luò)；二是MOA密閉不嚴(yán)使內(nèi)腔侵潮。根據(jù)這2種原因確定新的試驗項目，用來判斷GMOA的運行狀況，圖3為優(yōu)選試驗項目的方塊圖。

3 GMOA采用硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的原因

圖3 優(yōu)選試驗項目的方塊圖

現(xiàn)在MOA的傘套大多采用由硅橡膠為本體的高分子聚合物制成，與瓷外套相比具有良好的憎水性和憎水遷移性，重量輕、施工方便，強度高、抗外力強，因此，目前氧化鋅避雷器的傘套，特別是線路GMOA的傘套大部分采用硅橡膠復(fù)合絕緣傘套[3]。硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的性能主要有2方面，即憎水性和耐起痕蝕損性能。憎水性是最重要的，特別是憎水性喪失后的恢復(fù)性能是絕緣材料防止污閃的第一道防線。憎水性能好，污層電阻就高，泄漏電流就小，污閃電壓就得以提高。因此，為避免污閃事故發(fā)生，目前GMOA的傘套幾乎都采用硅橡膠復(fù)合絕緣傘套。

4 檢驗GMOA傘套憎水性的試驗方法

硅橡膠復(fù)合絕緣材料不是都具有優(yōu)良的耐污性能的，其實際產(chǎn)品性能還應(yīng)從其使用經(jīng)驗和多次的試驗上得到驗證。GMOA的硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的表面性能也很容易由于運行環(huán)境而引起老化，這種老化將導(dǎo)致硅橡膠復(fù)合絕緣傘套耐污性能顯著下降[2]。因此，預(yù)試GMOA外傘套耐污性能下降的程度，對評定GMOA的可靠性是相當(dāng)重要的一個試驗項目。

硅橡膠復(fù)合絕緣傘套的耐污性性能主要體現(xiàn)在其憎水性及憎水遷移性上。因此，對硅橡膠傘套進行憎水性試驗是評定防污閃能力的一個重要項目。

憎水性試驗按IEC62073的內(nèi)容包括下列3種方法：接觸角法；表面張力法；噴霧分級法(WC法)。

接觸角法和表面張力法一般在實驗室里進行，準(zhǔn)確度高，但測試儀器復(fù)雜且重量大，不適宜在現(xiàn)場使用。

圖4 測試GMOA硅橡膠復(fù)合傘套憎水性工作原理圖

噴霧分級法具有快速、方便，特別適用于現(xiàn)場快速和簡易的試驗。試驗時僅需要能產(chǎn)生細霧的電動噴霧器和攝像頭即可。如圖4所示，這套便攜式儀器是撫順供電公司自行研發(fā)制作的，噴霧裝置由電動噴霧操作。試驗時，選擇工作方便的一片硅橡膠復(fù)合傘套，在30 s內(nèi)完成40次噴霧工作，噴霧結(jié)束后，在10 s內(nèi)完成憎水性的測試(錄像或拍照)工作。

噴霧分級法即是STRI法，由瑞典輸電研究所(Swedish Transmission Research Institute)提出的憎水性分類劃分等級(HC)法。本文采用了IEC62073提出的濕潤性等級(WC)法。WC法與HC法基本相同，只是描述得更詳細一些。WC法同樣把濕潤性(憎水性)分成7個等級，WC1代表最強的憎水性的表面，WC7代表親水性的表面，由WC1到 WC7表示憎水性由好變差[5]，如表1所示。

表1 確定濕潤性等級(WC)的判據(jù)(IEC62073)

注：θr表示水滴的后傾角。

5 檢驗GMOA內(nèi)腔侵潮的試驗方法

一般認為，線路GMOA和變壓器中性點WGMOA一樣，正常運行時不承受運行電壓，因此無需進行預(yù)防性試驗，這種觀點是不正確的。由于生產(chǎn)廠家的制作工藝和質(zhì)量問題，加上長期遭受惡劣自然環(huán)境的作用、大沖擊電流的作用、各種污閃的作用以及各種過電壓的作用，MOA發(fā)生損壞是難免的，也是必然的。

MOR損壞的原因主要有2個方面：密閉不嚴(yán)使內(nèi)腔侵潮和MOR在電網(wǎng)運行電壓下老化。串聯(lián)間隙解決了在電網(wǎng)運行電壓的問題，但密閉不嚴(yán)內(nèi)腔侵潮問題還存在。因此對GMOR進行內(nèi)腔侵潮試驗是非常必要的。

另外，同一電壓等級的GMOA和WGMOA的閥片數(shù)量少，如果間隙距離在運行中變小，對GMOR安全運行不利。所以還需要定期檢查串聯(lián)間隙。

將GMOR從線路上拆卸下來進行直流U1 mA和0.75U1 mA下的泄漏電流試驗是有效的。但拆裝GMOR工作量太大，停電時間較長，特別是在深山上進行該試驗是非常困難的。

實踐和理論證明，測量絕緣電阻對發(fā)現(xiàn)MOA內(nèi)腔受潮以及慣穿性缺陷是相當(dāng)靈敏的，但不能有效發(fā)現(xiàn)MOR老化缺陷；而測量U1 mA和0.75U1 mA對檢驗MOR的老化、受潮以及慣穿性缺陷都非常靈敏。隨著MOR制造技術(shù)日臻完善，MOR老化問題基本得到解決，從以前的MOA事故調(diào)查和分析也證明這點。只為了檢驗內(nèi)腔是否侵潮，采用絕緣電阻試驗就能滿足要求。

硅橡膠復(fù)合材料具有優(yōu)良的憎水性，使得表面泄漏電流很小(即絕緣電阻很大)，絕緣電阻主要反映的是內(nèi)腔受潮情況，不需要考慮MOA的外表面影響，這樣給試驗工作以及對缺陷的判斷帶來方便。

在現(xiàn)場進行絕緣電阻試驗時，采用10 000 V電動兆歐表，采用專用軟屏蔽線，試驗時不用拆卸MOA，將兆歐表的2條專用輸出線按照要求連接在MOA的兩端即可。接線圖如圖5所示。

圖5 兆歐表測試MOA試驗接線原理圖

6 結(jié)論

線路GMOA正常運行時MOA不承受運行電壓，所以，只要保證MOA的內(nèi)腔不侵潮以及硅橡膠復(fù)合絕緣傘套具有良好的憎水性和憎水遷移性，GMOA就能安全運行。為此，根據(jù)實際需要優(yōu)選出最簡單、最有效的測試絕緣電阻和噴霧分級法試驗項目。

由于線路GMOA多數(shù)安裝在高山峻嶺的線路上，試驗難度大。為方便試驗，研制出一套噴霧鑒別裝置，采用兆歐表專用測試線，達到不需拆卸MOA就能安全、方便、準(zhǔn)確地進行試驗的目的。

GMOA的試驗周期應(yīng)該與復(fù)合絕緣子、瓷和玻璃絕緣子巡視周期相同，結(jié)合線路檢修，每3年試驗一次，試驗GMOA的同時還有加強巡視，巡視時宜進行如下情況和現(xiàn)象的觀察或檢查：①硅橡膠絕緣傘套表面是否蝕損、漏電起痕，是否有樹枝狀放電或電弧燒傷痕跡；②傘套是否出現(xiàn)硬化、脆化、粉化、開裂等現(xiàn)象；③傘套是否變形，傘裙間粘接部分是否存在脫膠等現(xiàn)象；④端部金具連接部分是否明顯的滑移；⑤鋼腳或鋼帽是否銹蝕，鎖緊銷是否缺少。

[1] 許 穎，徐士珩.交流電力系統(tǒng)過電壓防護及絕緣配合[M]. 北京：中國電力出版社，2006.

[2] 邱志賢. 高壓復(fù)合絕緣子及其應(yīng)用[M]. 北京：中國電力出版社，2006.

[3] 譚 瓊，李景祿，李志強. 山區(qū)電網(wǎng)防雷技術(shù)[M]. 北京：中國水利電力出版社，2011.

[4] 朱洪波，宋穎巍 . 避雷器限制500 kV同塔雙回緊湊型輸電線路操作過電壓的研究[J]. 東北電力技術(shù)，2011，32(8)：10-12.

[5] 左來明，張凌云. 高壓輸電線路綜合防雷技術(shù)研究[J]. 東北電力技術(shù)，2007，28(2)：12-15.

Discussion on the Line GMOA Test Method

LIU Chuanbo，SU Yang，BAI Jiatian，WANG Qi，XIE Xinnan

(State Grid Fushun Power Supply Company，F(xiàn)ushun，Liaoning 113008，China)

TM75

A

1004-7913(2017)07-0049-03

2017-05-20)

劉傳波(1986)，男，學(xué)士，技師，主要從事電力電纜專業(yè)工作。