华能南山电厂 符悦宙

氧化锌避雷器在线监测技术有效性分析

华能南山电厂 符悦宙

金属氧化锌避雷器（简称MOA）是确保电力系统安全、稳定运行的关键设备之一。为保障电力系统的安全和稳定，每年很有必要对避雷器进行计划性的检修与试验。本篇将从在线泄漏监测技术采用的测量方法，并结合实际案例出发，分析此种技术的在现场应用的有效性。

氧化锌避雷器；在线监测；有效性

0 前言

发电厂、变电站、输电线路是雷击灾害的高发区，无论是直击雷还是感应雷，都可能给区内的设备造成损坏，同时也对与其相连的的外部设备带来冲击。因此电力系统中最常见的就是利用避雷器将此种雷击的损害减至最小。避雷器的种类繁多，最为常见和应用范围最广的是MOA氧化锌避雷器。此种避雷器的推广提高了电力系统运行的稳定性，产生了巨大的经济效益。在交流电压作用下，避雷器的总泄漏电流包含阻性电流（有功分量）和容性电流（无功分量）。正常运行情况下，流过避雷器的主要是容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10%～20%。当阀片老化，避雷器受潮，内部绝缘部件受损以及表面污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流大大增加。从而在其电阻阀片上产生热量，随着工作时间的延长，温度的的升高会造成避雷器电阻阀片的老化，从而使阻性电流持续增大恶性循环。一旦系统中有过电压产生，将会使避雷器产生的热量急剧积累无法消散而导致爆炸的危险，从而使避雷器失去保护的作用。因此为了确保避雷器能够正常的发挥作用，需要对避雷器定期进行计划性检修。但是海南地区负荷缺口较大，计划性的停电检修时间较短，导致避雷器有效的检查与试验得不到保障。因此通过在线监测技术，定期测量避雷器的全电流和在线泄漏电流的变化趋势，也可以及时了解避雷器的健康状态，有效的弥补避雷器计划性停电检修时间较短的难题。

表1 110kV 避雷器在线监测数据第1次测量 单位：mA

表2 110kV 避雷器在线监测数据第2次测量 单位：mA

1 氧化锌避雷器在线监测的方法

氧化锌避雷器在线监测技术研究在很早之前就开展了，但是受制于当时计算机的计算能力，此种技术没有得到大范围的推广。随着科技的不断进步，计算机技术也得到了快速的发展。大容量、高性能、小型化计算机的出现，很好地解决了氧化锌避雷器在线监测技术在硬件上的缺点，因此出现了很多种类型的氧化锌避雷器在线监测仪器。虽然检测方法多种多样，但是基本上都是以测量泄漏电流基础。目前国内外采用的主要方法有以下几种：

1.1 总泄漏电流法

总泄漏电流法是以氧化锌避雷器泄漏电流的容性电流分量保持不变为基准，排除其他因素的干扰，简单的认为总泄漏电流的增加，在一定程度上可以反映出其阻性分量电流的增长情况。目前大多数避雷器底座接地引下线上加装一个微安表，以此来观察泄漏电流的变化。就是采用此种测量方法。此种方法的优点在于设备简单、投资少、观察直观，对受潮劣化的判断灵敏。缺点在于它反应避雷器老化，尤其是早期的老化不灵敏。此种方法只是作为一种辅助手段，作为平时巡检时的参考，不作为判断避雷器健康状态的最终依据。

表3 110kV 避雷器在线监测数据第3次测量 单位：mA

表4 110kV 避雷器预防性试验数据

1.2 阻性电流三次谐波法

阻性电流三次谐波法是将全电流经带通滤波器检出三次谐波分量，根据氧化锌避雷器的总阻性电流与三次谐波阻性电流分量的一定比例关系，计算而得到阻性电流峰值。其优点是只需取氧化锌避雷器的总泄漏电流，不需要参考电压，比较方便。缺点是由于阀片规格与特性的不相同，导致三次谐波峰值与阻性电流峰值之间的函数关系不一样，而且三次谐波峰值与阻性电流峰值函数关系又与阀片的老化而变化，氧化锌避雷器的端电压中的谐波含量也对测量结果产生影响，此外氧化锌避雷器的受潮、表面污秽情况它也是无法反应。当系统电压中含谐波分量较大时，则电容电流也含有3次谐波，使测量存在较大的误差，不利于对设备健康程度的判断。因此阻性电流三次谐波法不能客观的反应氧化锌避雷器的实际运行工况，无法为判断避雷器健康状态提供准确可靠的数据。

1.3 补偿法测量阻性电流

补偿法认为导致阀片发热而产生有功损耗的原因是阻性电流分量，所以是通过外加容性电流来抵消与母线电压成π/2相位差的容性电流分量，从而获得阻性电流的方法。其优点在于它可以测量总泄漏电流，阻性电流分量及功率损耗，而且其测量效果、测量精度均满足要求，使用也很方便。缺点是此种方法只有在总泄漏电流中的阻性电流与容性电流成π/2相位差时，才能真实反映阀片老化的情况。在测试现场有干扰而三相成固定排列时，由于相间杂散电容的干扰，容性电流与电压不成π/2相位差，测试仪器不能将容性电流完全补偿掉，从而产生误差。此时A相和C相氧化锌避雷器受B相氧化锌避雷器的影响，总泄漏电流的相位将分别向前和向后移3°--5°，B相由于同时受到A相和C相的影响，相位基本不变，从而导致测得的阻性电流A相增大，C相减小，B相基本保持不变。另外补偿法从PT上取电压信号，可能存在相移。电网电压有谐波时，也影响其测量精度。此种方法虽然不能有效的反应氧化锌避雷器阀片老化的真实情况，但是可通过纵向比较，也能够客观反应出三相氧化锌避雷器实际运行工况，此种方法在现场使用较多。

1.4 谐波分析法监测阻性电流基波值

谐波分析法认为，用阻性电流基波来研究氧化锌避雷器的小电流特性更合理，因为在正弦波电压作用下，氧化锌避雷器的阻性电流中既有基波，也有高次谐波。但只有基波电流能做功产生热量，谐波电流不做功，也不产生热量。在各种氧化锌避雷器阻性电流值相等的情况下，因不同氧化锌避雷器的阻性电流基波与谐波的比例往往不同，则其发热、功耗也就不同。同时测量阻性电流基波还可以排除电网电压中含有谐波对阻性电流测量的影响，而不论其谐波量如何，阻性基波值总是一个定值。谐波分析法采用数字化测量和谐波分析技术，从总泄漏电流中分离出阻性电流基波值，整个过程可以通过单片机或微机在软件中实现。对于相间杂散电容的影响，可以利用谐波分析技术中测出的两个边相泄漏电流的相来纠正。此种方法测量精度高，数据准确可靠。但是缺点在于此种方法设计较为复杂，投资成本较大，在实验室中常使用此种方法。

2 避雷器在线监测技术应用

由于海南地区负荷缺口较大，计划性的停电检修时间较短，导致避雷器有效的检查与试验得不到保障，因此华能南山电厂很早就开展了氧化锌避雷器在线监测工作。监测量包括全电流、阻性电流、基波阻性电流。对于正常运行的避雷器来说，流过避雷器的电流是容性电流，阻性电流所占的比重不高。但是如果避雷器老化、受潮时，其全电流和阻性电流峰值开始增加，而容性电流却没有太大的变化。因此用在线监测技术的方法来判断避雷器的健康状态是非常有必要的。以下表格是华能南山电厂在2015年05月13日，通过在线监测所获得的110kV I段母线避雷器的数据。

根据以上试验数据的分析，我们可以得出，C相的全电流、阻性电流的峰值、基波阻性电流明显比A、B两相高出很多，初步可以判定这个避雷器存在问题，但是仍然需要继续对其检测观察。在同年05月19日与25日分别进行了复测，从试验数据来看C相全电流、阻性电流的峰值还是继续上升，具体数据见表2、表3，通过这三次试验结果，我们具体分析了试验数据与设备的相关资料，这台避雷器是2013年10时间的推移，避雷器内部的积水量不断增加，其结果弹簧全部锈蚀，电阻片严重受潮，结果导致避雷器失去全部的功能。月购买的新设备，2013年12月20日开始投入运行，在2014年03月20日机组C修期间，对其进行过预防性试验，试验结果满足要求。因此判断出在线监测电流增大的原因并不是因为避雷器老化所导致的。根据这几次连续带电检测的数据分析，判断电流增大的原因可能是氧化锌避雷器因受潮所导致的。以防万一，我们便将此台避雷器退出运行。并对此台避雷器进行了预防性试验，试验数据如表4，从试验数据来分析，对比规程596，此台避雷器确实已经出现了问题，已经不能继续在运行。将此情况向厂家反应，并将此台避雷器送回厂家进行解体检查。厂家经过解体检查后发现，此台避雷器压力弹簧严重腐蚀、生锈，并且变成黑色，上端电阻片有5 片表面有水，上法兰螺孔背面有明显细小裂纹，如图片1所示。事故的原因是产品设计不够合理，上法兰高压端安装螺孔受到较大压力，使得螺孔背面产生凸出形变，并伴有放射状纹裂，这样就使得避雷器内部产生吸潮现象。随着

图1 110kV I母避雷器C相解体图

3 结语

以上案例的分析得出，避雷器在线监测技术在现场的实际应用中还是具有很好的效果。试验人员通过分析在线监测数据的变化趋势，及时了解氧化锌避雷器的健康状态，提高了检测工作的效率与质量，为设备状态检修提供了技术支持。并且氧化锌避雷器在线监测技术很好的解决了既要保证重要电气设备的安全稳定运行，又没有充足的停电检修时间的矛盾，为电网稳定安全运行提供技术上的保障。

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