金属氧化物避雷器带电检测及其故障原因分析

杨璐蕾

（国网宁夏电力有限公司检修公司）

0 引言

金属氧化物避雷器 （MOA）具有多种优点，包括通流容量大、非线性良好等，因而在当前电力系统中，MOA是极为重要的一种电气设备，通过利用MOA，能够对操作过电压、雷电过电压进行有效限制。不过在实际运行过程中，如果没有密封好避雷器或者长时间处于电压作用影响下，电阻片便极易出现受潮、劣化等现象，大大提高泄漏电流值，提高电阻片的温度，严重时，甚至可能发生避雷器爆炸等严重事故。所以，整个电力系统能否安全运行，深受避雷器运行状况的影响。

为及时监控避雷器的运行状况，在每年雷雨季节到来之前，变电站一定要详细测试避雷器。避雷器测试方法包括：停电试验：直流1mA下的电压、0.75U1mA下的泄漏电流，绝缘电阻；带电检测：红外检测、紫外成像检测、监测器动作次数检查、带电检测运行电压下的阻性电流和全电流等，下面重点介绍金属氧化物避雷器带电检测技术。

1 常用的一些MOA带电检测方法

1.1 MOA在线式带电检测法

漏电流指示型计数器是MOA在线式带电检测方法中的主要设备。其中，漏电流指示型计数器不但具有传统避雷器计数器的计数功能，而且在长时间不间断运行电压环境下，漏电流指示型计数器还具有能够对MOA的漏电流值进行长期指示的功能，在过电压下，也能对避雷器的动作次数进行有效记录。在对MOA的泄漏电流进行测量时，原则上讲，由于避雷器的劣化程度只能够由阻性电流产生的功耗反映出来，因此应对阻性电流的峰值进行测量。不过因为阻性电流测试回路是比较复杂的，如果采用一般监测器，只能对MOA全电流的有效值进行测量。但是如果选用JSM－2型漏电流指示型计数器或者JSM－1型漏电流指示型计数器，不但能够简单测量出MOA全电流的有效值，而且能对避雷器的故障情况进行充分反映。因此直接测量阻性电流能反映金属氧化物避雷器的健康状况。为了准确测到避雷器运行工况下真实阻性电流需进行补偿。补偿的原理就是抽取系统电压补偿泄漏电流中的容性电流分量，以得到阻性电流分量。容性电流超前系统电压90°，因此将系统电压前移90°并反相将容性电流补偿掉。通过安装在避雷器上的传感器，可持续对避雷器的情况进行监测，当检测到接地回路中存在超过检测阈值的电流时，传感器将这些信息存储于传感器内存中，比如时间、波性幅值范围等，然后根据系统所需，可手动或自动地按时间设定值读取这些波性参数和测量其泄漏电流。

1.2 MOA离线式带电检测法

当测试仪不是一直接入测量回路，仅在需要进行测量时才将其接入回路中时，宜选用离线式带电检测法。离线式带电检测法具有很多优点，包括测量精度高、测试项目全面等。三次谐波法、补偿法是经常选用的测量方法。因受多方面的影响作用，如实际阻性电流值和各种避雷器三次谐波分量之间的不确定关系、系统三次谐波的影响作用等，大大降低三次谐波法的测量精度，目前人们越来越少使用三次谐波法。MOA离线式带电检测法也存在一些不足和缺陷，即在高于220kV系统中使用一些MOA离线式检测仪时，因为三相避雷器之间会出现互相干扰问题，也就是说通过电压互感器得到的参考电压的相位和避雷器底部泄漏电流的相位二者发生位移现象，产生比较大的测量误差，根据一般变电站中MOA的排列模式，A相MOA阻性电流的测量值过大，C相MOA阻性电流的测量值过小，如果过于严重时，极有可能无法测量电流值，因此只有选用移相器，同时利用示波器来对阻性电流的波形进行观测，才能够进行精准测量。

针对测量结果遭受三相避雷器之间相间干扰的影响问题，研制出了一些仪器设备。其基本原理为将MOA阻性电流非线性特性作为主要依据，以对补偿电压的相位进行明确，对补偿度进行自动调整。因为属于自动补偿，在整个测试过程中，无需对参考电压信号进行取用，因此三相避雷器之间相间干扰问题便能够得到有效解决，同时在使用过程中，变得更为安全和方便。

1.3 红外检测技术

红外热像诊断技术是带电检测的有效手段之一，高效且不停电，测出表面各部分的温度进行相间和同类设备的比较，有效发现避雷器不正常的温度分布，检测出缺陷部位。

2 案例分析

2.1 MOA带电检测发现的故障情况

某变电站在2006年11月正式投入运行110kV避雷器，产品型号是Y10W－100／126W。在2018年4月，检测班在采取带电检测法来检测该变电站时，发现本组110kV避雷器C相红外图谱出现异常现象，在MOA上部出现2处明显发热，同组中的A相红外图谱、B相红外图谱都是正常的。通过比较后，不难发现，C相避雷器上部出现异常高温区域，和正常相相同部位比较，热点最高温度高出约10.7℃。因为避雷器是电压致热型设备，根据 《带电设备红外线诊断应用规范》，该缺陷属于严重缺陷，必须立即采取退出运行或者消除缺陷对策。

表1 避需器红外测温数据的比较

为能够对C相避雷器的设备状态进行进一步明确，检测人员详细测量了该组110kV避雷器的阻性电流，具体测试数据结果如表2所示。在本组避雷器中，和A、B两相避雷器的泄漏电流阻性电流峰值相比，C相数据约为其的20倍；和A、B两相避雷器全电流相比，C相数据约为其的4倍，且A、B两相数据之间的差别并不明显；在交流泄漏全电流中，阻性电流比重高约90%，电流电压相角降低至34.65，上述测试数据均不符合有关规范标准的规定。通过分析阻性电流、红外热成像测试数据后，不难发现，C相避雷器中的所有状态量检测结果均属于严重缺陷，根据 《金属氧化物避雷器状态评价导则》，对C相避雷器进行评价，评价结果为设备状态出现严重异常现象，必须要立刻执行退出运行措施，以对停电事故进行有效避免。

表2 避需器阻性电流测试数据的比较

2.2 诊断性试验和解体检查

2.2.1 诊断性试验

根据 《输变电设备状态检修试验规程》（Q／GDW1168－2013），依法执行停电试验项目。其中，主要测试项目有75%直流1mA参考电压下的泄漏电流、直流1mA下的参考电压、绝缘电阻等。其中，停电试验数据比较结果，如表3所示。通过对表3进行深入分析后，不难发现，和初值比较，A、B两相数据尚未发生明显差别。但是在测试C相避雷器时，无法测出75%直流1mA参考电压下的泄漏电流、直流1mA下的参考电压，且绝缘电阻仅为2450MΩ，试验数据无法满足规程要求。

表3 停电试验数据的比较

2.2.2 解体检查

根据上文所述内容可知，C相避雷器内部出现严重缺陷和不足。因此，接下来将对该避雷器进行了解体检查，以对故障产生原因进行深入查清和了解。通过解题检查后可知：

（1）防爆膜、金属压环、密封件、接线盖板等，共同构成了C相避雷器的顶部。在将C相避雷器顶部的金属盖板打开后发现，顶部的固定螺丝和金属压板已出现极为严重的锈蚀现象，金属件出现严重脱层剥落现象，如图1所示。

图1 C相避雷器的顶部锈蚀图

（2）将C相避雷器的顶部隔膜凿开以后，不难发现金属件绝缘件外表面和空腔沿面出现凝结水珠，如图2所示。

图2 C相避雷器内腔出现水珠

（3）将C相避雷器电阻片取出以后，便发现电阻片组外表面层出现显著的水凝现象，一些金属支架出现氧化、变质现象。对整组电阻片进行检查后，未发现存在重大变形、放电痕迹等现象，全部电阻片绝缘电阻均大于10000MΩ，阀片组表面出现受潮现象，阀片出现凝结水分现象。

2.3 MOA产生故障的原因

根据MOA带电检测结果，不难发现MOA内部出现严重老化现象和受潮现象，通过进行绝缘性能诊断测试后发现，避雷器绝缘电阻不到1MΩ，充分表明避雷器不再具有绝缘性能，MOA内部出现贯穿性缺陷。通过进行解体检查后发现，MOA的电阻片外表面、绝缘件外表面、空腔沿面等均存在大量水分，因此带电检测结果、诊断性能试验结果和解体检验结果是互相吻合的。

本文中的变电站中安装的110kV避雷器是由2006年生产出来的，至今已运行长达约12年，在长时间运行下，C相避雷器顶部出现多种缺陷，大大降低MOA绝缘电阻，增大通道放电电流、阻性电流、全电流。所以，顶端密封不严、渗水受潮是导致该组110kV避雷器C相运行状态出现异常现象的主要原因。

3 结束语

本文以避雷器为例，通过进行带电检测、诊断性试验和解体检测后，发现C相避雷器存在缺陷。顶端密封不严、渗水受潮是导致该组110kV避雷器C相运行状态出现异常现象的主要原因。综上所述，在诊断避雷器故障问题时，带电检测是一种极为重要的检查方法。