对线路GMOA试验方法的探讨

刘传波，苏 旸，白佳天，王 祺，谢欣南

(国网抚顺供电公司，辽宁 抚顺 113008)

对线路GMOA试验方法的探讨

刘传波，苏 旸，白佳天，王 祺，谢欣南

(国网抚顺供电公司，辽宁 抚顺 113008)

近几年在10～220 kV线路上大量使用GMOA。由于GMOA不承受工作电压及暂时过电压作用，因此，某些生产厂家建议可不进行预防性试验。近来通过对GMOA运行情况调查了解，发现为数不少的GMOA存在进水受潮和硅橡胶伞套失去憎水性现象，为预防GMOA失去保护效果，对其进行试验是正确的。线路GMOA多数运行在高山峻岭中，数量多、拆卸安装工作量大，常规的U1 mA和0.75U1 mA下试验所用的直流发生器笨重，搬运困难，而且需要220 V交流电源，试验难度大。针对GMOA事故的特点，优选出适用于GMOA的试验项目非常必要。本文阐述了优选的试验项目的原理和操作步骤，通过理论论证了其可行性和科学性。

GMOA；硅橡胶伞套；绝缘电阻；喷雾分级法；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世纪60年代开始研制氧化锌(ZnO)电阻片(现统称金属氧化物电阻片，简称MOR)。70年代用MOR叠置成金属氧化物避雷器(简称MOA)，MOA又分为无间隙氧化物避雷器(简称WGMOA)和带串联间隙氧化物避雷器(简称GMOA)。因MOA具有陡波响应快、通流能力大、残压低、十分优良的U-I特性等优点，目前被国内外广泛使用。

由于WGMOA长期承受着电网电压，有时还要承受暂时过电压(工频过电压和谐波过电压)，至使WGMOA发热老化，导致发生热崩溃事故。为此20世纪80年代一些发达国家开始研发带串联间隙金属氧化物避雷器，如图1所示。由于线路GMOA安装地点分散性大、多数运行在高山峻岭中，数量多、拆卸安装难度大，常规测试避雷器U1 mA和0.75U1 mA下泄漏电流所用的直流发生器笨重，给搬运工作带来困难，而且需要220 V交流电源，试验难度大。优选出专门适宜线路GMOA的试验项目，对保证GMOA安全可靠运行具有实际意义。本文中“优选的试验项目”是指采用10 000 V兆欧表测试GMOA的绝缘电阻和用喷雾分级法判别硅橡胶复合绝缘伞套的憎水性。

(a)用绝缘子构成串联间隙 (b)用空气间隙作为串联间隙

2 GMOA损坏的原因

MOA同其它电气设备一样，长期遭受恶劣自然环境(雨、雾、雪、露、冰、风)的作用，设备周围有害的气体的作用，内部的局部放电，环境温度巨变的作用，大冲击电流通过MOA致使颗粒层超过电流密度承受力导致局部遭到破坏，各种污闪(包括雨闪、冰闪和鸟粪闪)的威胁，过电压(大气过电压和操作过电压)的作用，MOA发生损坏是难免的[1]。根据实际运行经验和多次事故分析总结，确定导致MOA损坏的原因有以下6种：①遭受超过MOA最大允许通流容量的直击雷；②MOR长期在工作电压作用下老化；③遭受长时间(20 min以上)超过避雷器额定电压幅值的暂态过电压；④遭受单相间歇性弧光过电压的侵袭；⑤MOA的硅橡胶复合绝缘伞套表面发生污秽闪络；⑥密闭不严使内腔侵潮[2]。

图2为GMOA简易工作原理图，因为串联间隙的存在，使得MOA的损坏原因有所改变。

图2 GMOA工作原理图

间隙就是一种特殊“电阻”元件，间隙未放电时电阻无穷大，间隙放电其阻值为零。间隙的作用是氧化锌避雷器与导电部分隔断。使避雷器免受工作电压和暂态过电压(简称TOV)的影响，又因间隙的存在，消弱了直击雷和单相间歇性弧光过电压的危害。所以导致GMOA损坏的主要原因：一是MOA硅橡胶复合绝缘伞套表面发生污秽闪络；二是MOA密闭不严使内腔侵潮。根据这2种原因确定新的试验项目，用来判断GMOA的运行状况，图3为优选试验项目的方块图。

3 GMOA采用硅橡胶复合绝缘伞套的原因

图3 优选试验项目的方块图

现在MOA的伞套大多采用由硅橡胶为本体的高分子聚合物制成，与瓷外套相比具有良好的憎水性和憎水迁移性，重量轻、施工方便，强度高、抗外力强，因此，目前氧化锌避雷器的伞套，特别是线路GMOA的伞套大部分采用硅橡胶复合绝缘伞套[3]。硅橡胶复合绝缘伞套的性能主要有2方面，即憎水性和耐起痕蚀损性能。憎水性是最重要的，特别是憎水性丧失后的恢复性能是绝缘材料防止污闪的第一道防线。憎水性能好，污层电阻就高，泄漏电流就小，污闪电压就得以提高。因此，为避免污闪事故发生，目前GMOA的伞套几乎都采用硅橡胶复合绝缘伞套。

4 检验GMOA伞套憎水性的试验方法

硅橡胶复合绝缘材料不是都具有优良的耐污性能的，其实际产品性能还应从其使用经验和多次的试验上得到验证。GMOA的硅橡胶复合绝缘伞套的表面性能也很容易由于运行环境而引起老化，这种老化将导致硅橡胶复合绝缘伞套耐污性能显著下降[2]。因此，预试GMOA外伞套耐污性能下降的程度，对评定GMOA的可靠性是相当重要的一个试验项目。

硅橡胶复合绝缘伞套的耐污性性能主要体现在其憎水性及憎水迁移性上。因此，对硅橡胶伞套进行憎水性试验是评定防污闪能力的一个重要项目。

憎水性试验按IEC62073的内容包括下列3种方法：接触角法；表面张力法；喷雾分级法(WC法)。

接触角法和表面张力法一般在实验室里进行，准确度高，但测试仪器复杂且重量大，不适宜在现场使用。

图4 测试GMOA硅橡胶复合伞套憎水性工作原理图

喷雾分级法具有快速、方便，特别适用于现场快速和简易的试验。试验时仅需要能产生细雾的电动喷雾器和摄像头即可。如图4所示，这套便携式仪器是抚顺供电公司自行研发制作的，喷雾装置由电动喷雾操作。试验时，选择工作方便的一片硅橡胶复合伞套，在30 s内完成40次喷雾工作，喷雾结束后，在10 s内完成憎水性的测试(录像或拍照)工作。

喷雾分级法即是STRI法，由瑞典输电研究所(Swedish Transmission Research Institute)提出的憎水性分类划分等级(HC)法。本文采用了IEC62073提出的湿润性等级(WC)法。WC法与HC法基本相同，只是描述得更详细一些。WC法同样把湿润性(憎水性)分成7个等级，WC1代表最强的憎水性的表面，WC7代表亲水性的表面，由WC1到 WC7表示憎水性由好变差[5]，如表1所示。

表1 确定湿润性等级(WC)的判据(IEC62073)

注：θr表示水滴的后倾角。

5 检验GMOA内腔侵潮的试验方法

一般认为，线路GMOA和变压器中性点WGMOA一样，正常运行时不承受运行电压，因此无需进行预防性试验，这种观点是不正确的。由于生产厂家的制作工艺和质量问题，加上长期遭受恶劣自然环境的作用、大冲击电流的作用、各种污闪的作用以及各种过电压的作用，MOA发生损坏是难免的，也是必然的。

MOR损坏的原因主要有2个方面：密闭不严使内腔侵潮和MOR在电网运行电压下老化。串联间隙解决了在电网运行电压的问题，但密闭不严内腔侵潮问题还存在。因此对GMOR进行内腔侵潮试验是非常必要的。

另外，同一电压等级的GMOA和WGMOA的阀片数量少，如果间隙距离在运行中变小，对GMOR安全运行不利。所以还需要定期检查串联间隙。

将GMOR从线路上拆卸下来进行直流U1 mA和0.75U1 mA下的泄漏电流试验是有效的。但拆装GMOR工作量太大，停电时间较长，特别是在深山上进行该试验是非常困难的。

实践和理论证明，测量绝缘电阻对发现MOA内腔受潮以及惯穿性缺陷是相当灵敏的，但不能有效发现MOR老化缺陷；而测量U1 mA和0.75U1 mA对检验MOR的老化、受潮以及惯穿性缺陷都非常灵敏。随着MOR制造技术日臻完善，MOR老化问题基本得到解决，从以前的MOA事故调查和分析也证明这点。只为了检验内腔是否侵潮，采用绝缘电阻试验就能满足要求。

硅橡胶复合材料具有优良的憎水性，使得表面泄漏电流很小(即绝缘电阻很大)，绝缘电阻主要反映的是内腔受潮情况，不需要考虑MOA的外表面影响，这样给试验工作以及对缺陷的判断带来方便。

在现场进行绝缘电阻试验时，采用10 000 V电动兆欧表，采用专用软屏蔽线，试验时不用拆卸MOA，将兆欧表的2条专用输出线按照要求连接在MOA的两端即可。接线图如图5所示。

图5 兆欧表测试MOA试验接线原理图

6 结论

线路GMOA正常运行时MOA不承受运行电压，所以，只要保证MOA的内腔不侵潮以及硅橡胶复合绝缘伞套具有良好的憎水性和憎水迁移性，GMOA就能安全运行。为此，根据实际需要优选出最简单、最有效的测试绝缘电阻和喷雾分级法试验项目。

由于线路GMOA多数安装在高山峻岭的线路上，试验难度大。为方便试验，研制出一套喷雾鉴别装置，采用兆欧表专用测试线，达到不需拆卸MOA就能安全、方便、准确地进行试验的目的。

GMOA的试验周期应该与复合绝缘子、瓷和玻璃绝缘子巡视周期相同，结合线路检修，每3年试验一次，试验GMOA的同时还有加强巡视，巡视时宜进行如下情况和现象的观察或检查：①硅橡胶绝缘伞套表面是否蚀损、漏电起痕，是否有树枝状放电或电弧烧伤痕迹；②伞套是否出现硬化、脆化、粉化、开裂等现象；③伞套是否变形，伞裙间粘接部分是否存在脱胶等现象；④端部金具连接部分是否明显的滑移；⑤钢脚或钢帽是否锈蚀，锁紧销是否缺少。

[1] 许 颖，徐士珩.交流电力系统过电压防护及绝缘配合[M]. 北京：中国电力出版社，2006.

[2] 邱志贤. 高压复合绝缘子及其应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006.

[3] 谭 琼，李景禄，李志强. 山区电网防雷技术[M]. 北京：中国水利电力出版社，2011.

[4] 朱洪波，宋颖巍 . 避雷器限制500 kV同塔双回紧凑型输电线路操作过电压的研究[J]. 东北电力技术，2011，32(8)：10-12.

[5] 左来明，张凌云. 高压输电线路综合防雷技术研究[J]. 东北电力技术，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，Fushun，Liaoning 113008，China)

TM75

A

1004-7913(2017)07-0049-03

2017-05-20)

刘传波(1986)，男，学士，技师，主要从事电力电缆专业工作。