華能南山電廠 符悅宙

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)有效性分析

華能南山電廠 符悅宙

金屬氧化鋅避雷器（簡(jiǎn)稱MOA）是確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。為保障電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，每年很有必要對(duì)避雷器進(jìn)行計(jì)劃性的檢修與試驗(yàn)。本篇將從在線泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)采用的測(cè)量方法，并結(jié)合實(shí)際案例出發(fā)，分析此種技術(shù)的在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的有效性。

氧化鋅避雷器；在線監(jiān)測(cè)；有效性

0 前言

發(fā)電廠、變電站、輸電線路是雷擊災(zāi)害的高發(fā)區(qū)，無論是直擊雷還是感應(yīng)雷，都可能給區(qū)內(nèi)的設(shè)備造成損壞，同時(shí)也對(duì)與其相連的的外部設(shè)備帶來沖擊。因此電力系統(tǒng)中最常見的就是利用避雷器將此種雷擊的損害減至最小。避雷器的種類繁多，最為常見和應(yīng)用范圍最廣的是MOA氧化鋅避雷器。此種避雷器的推廣提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在交流電壓作用下，避雷器的總泄漏電流包含阻性電流（有功分量）和容性電流（無功分量）。正常運(yùn)行情況下，流過避雷器的主要是容性電流，阻性電流只占很小一部分，約為10%～20%。當(dāng)閥片老化，避雷器受潮，內(nèi)部絕緣部件受損以及表面污穢時(shí)，容性電流變化不多，而阻性電流大大增加。從而在其電阻閥片上產(chǎn)生熱量，隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度的的升高會(huì)造成避雷器電阻閥片的老化，從而使阻性電流持續(xù)增大惡性循環(huán)。一旦系統(tǒng)中有過電壓產(chǎn)生，將會(huì)使避雷器產(chǎn)生的熱量急劇積累無法消散而導(dǎo)致爆炸的危險(xiǎn)，從而使避雷器失去保護(hù)的作用。因此為了確保避雷器能夠正常的發(fā)揮作用，需要對(duì)避雷器定期進(jìn)行計(jì)劃性檢修。但是海南地區(qū)負(fù)荷缺口較大，計(jì)劃性的停電檢修時(shí)間較短，導(dǎo)致避雷器有效的檢查與試驗(yàn)得不到保障。因此通過在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，定期測(cè)量避雷器的全電流和在線泄漏電流的變化趨勢(shì)，也可以及時(shí)了解避雷器的健康狀態(tài)，有效的彌補(bǔ)避雷器計(jì)劃性停電檢修時(shí)間較短的難題。

表1 110kV 避雷器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)第1次測(cè)量 單位：mA

表2 110kV 避雷器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)第2次測(cè)量 單位：mA

1 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的方法

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究在很早之前就開展了，但是受制于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，此種技術(shù)沒有得到大范圍的推廣。隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。大容量、高性能、小型化計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，很好地解決了氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在硬件上的缺點(diǎn)，因此出現(xiàn)了很多種類型的氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)儀器。雖然檢測(cè)方法多種多樣，但是基本上都是以測(cè)量泄漏電流基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)外采用的主要方法有以下幾種：

1.1 總泄漏電流法

總泄漏電流法是以氧化鋅避雷器泄漏電流的容性電流分量保持不變?yōu)榛鶞?zhǔn)，排除其他因素的干擾，簡(jiǎn)單的認(rèn)為總泄漏電流的增加，在一定程度上可以反映出其阻性分量電流的增長(zhǎng)情況。目前大多數(shù)避雷器底座接地引下線上加裝一個(gè)微安表，以此來觀察泄漏電流的變化。就是采用此種測(cè)量方法。此種方法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、觀察直觀，對(duì)受潮劣化的判斷靈敏。缺點(diǎn)在于它反應(yīng)避雷器老化，尤其是早期的老化不靈敏。此種方法只是作為一種輔助手段，作為平時(shí)巡檢時(shí)的參考，不作為判斷避雷器健康狀態(tài)的最終依據(jù)。

表3 110kV 避雷器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)第3次測(cè)量 單位：mA

表4 110kV 避雷器預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.2 阻性電流三次諧波法

阻性電流三次諧波法是將全電流經(jīng)帶通濾波器檢出三次諧波分量，根據(jù)氧化鋅避雷器的總阻性電流與三次諧波阻性電流分量的一定比例關(guān)系，計(jì)算而得到阻性電流峰值。其優(yōu)點(diǎn)是只需取氧化鋅避雷器的總泄漏電流，不需要參考電壓，比較方便。缺點(diǎn)是由于閥片規(guī)格與特性的不相同，導(dǎo)致三次諧波峰值與阻性電流峰值之間的函數(shù)關(guān)系不一樣，而且三次諧波峰值與阻性電流峰值函數(shù)關(guān)系又與閥片的老化而變化，氧化鋅避雷器的端電壓中的諧波含量也對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，此外氧化鋅避雷器的受潮、表面污穢情況它也是無法反應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)電壓中含諧波分量較大時(shí)，則電容電流也含有3次諧波，使測(cè)量存在較大的誤差，不利于對(duì)設(shè)備健康程度的判斷。因此阻性電流三次諧波法不能客觀的反應(yīng)氧化鋅避雷器的實(shí)際運(yùn)行工況，無法為判斷避雷器健康狀態(tài)提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。

1.3 補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流

補(bǔ)償法認(rèn)為導(dǎo)致閥片發(fā)熱而產(chǎn)生有功損耗的原因是阻性電流分量，所以是通過外加容性電流來抵消與母線電壓成π/2相位差的容性電流分量，從而獲得阻性電流的方法。其優(yōu)點(diǎn)在于它可以測(cè)量總泄漏電流，阻性電流分量及功率損耗，而且其測(cè)量效果、測(cè)量精度均滿足要求，使用也很方便。缺點(diǎn)是此種方法只有在總泄漏電流中的阻性電流與容性電流成π/2相位差時(shí)，才能真實(shí)反映閥片老化的情況。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)有干擾而三相成固定排列時(shí)，由于相間雜散電容的干擾，容性電流與電壓不成π/2相位差，測(cè)試儀器不能將容性電流完全補(bǔ)償?shù)簦瑥亩a(chǎn)生誤差。此時(shí)A相和C相氧化鋅避雷器受B相氧化鋅避雷器的影響，總泄漏電流的相位將分別向前和向后移3°--5°，B相由于同時(shí)受到A相和C相的影響，相位基本不變，從而導(dǎo)致測(cè)得的阻性電流A相增大，C相減小，B相基本保持不變。另外補(bǔ)償法從PT上取電壓信號(hào)，可能存在相移。電網(wǎng)電壓有諧波時(shí)，也影響其測(cè)量精度。此種方法雖然不能有效的反應(yīng)氧化鋅避雷器閥片老化的真實(shí)情況，但是可通過縱向比較，也能夠客觀反應(yīng)出三相氧化鋅避雷器實(shí)際運(yùn)行工況，此種方法在現(xiàn)場(chǎng)使用較多。

1.4 諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流基波值

諧波分析法認(rèn)為，用阻性電流基波來研究氧化鋅避雷器的小電流特性更合理，因?yàn)樵谡也妷鹤饔孟?，氧化鋅避雷器的阻性電流中既有基波，也有高次諧波。但只有基波電流能做功產(chǎn)生熱量，諧波電流不做功，也不產(chǎn)生熱量。在各種氧化鋅避雷器阻性電流值相等的情況下，因不同氧化鋅避雷器的阻性電流基波與諧波的比例往往不同，則其發(fā)熱、功耗也就不同。同時(shí)測(cè)量阻性電流基波還可以排除電網(wǎng)電壓中含有諧波對(duì)阻性電流測(cè)量的影響，而不論其諧波量如何，阻性基波值總是一個(gè)定值。諧波分析法采用數(shù)字化測(cè)量和諧波分析技術(shù)，從總泄漏電流中分離出阻性電流基波值，整個(gè)過程可以通過單片機(jī)或微機(jī)在軟件中實(shí)現(xiàn)。對(duì)于相間雜散電容的影響，可以利用諧波分析技術(shù)中測(cè)出的兩個(gè)邊相泄漏電流的相來糾正。此種方法測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。但是缺點(diǎn)在于此種方法設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，投資成本較大，在實(shí)驗(yàn)室中常使用此種方法。

2 避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

由于海南地區(qū)負(fù)荷缺口較大，計(jì)劃性的停電檢修時(shí)間較短，導(dǎo)致避雷器有效的檢查與試驗(yàn)得不到保障，因此華能南山電廠很早就開展了氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)量包括全電流、阻性電流、基波阻性電流。對(duì)于正常運(yùn)行的避雷器來說，流過避雷器的電流是容性電流，阻性電流所占的比重不高。但是如果避雷器老化、受潮時(shí)，其全電流和阻性電流峰值開始增加，而容性電流卻沒有太大的變化。因此用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的方法來判斷避雷器的健康狀態(tài)是非常有必要的。以下表格是華能南山電廠在2015年05月13日，通過在線監(jiān)測(cè)所獲得的110kV I段母線避雷器的數(shù)據(jù)。

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，我們可以得出，C相的全電流、阻性電流的峰值、基波阻性電流明顯比A、B兩相高出很多，初步可以判定這個(gè)避雷器存在問題，但是仍然需要繼續(xù)對(duì)其檢測(cè)觀察。在同年05月19日與25日分別進(jìn)行了復(fù)測(cè)，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看C相全電流、阻性電流的峰值還是繼續(xù)上升，具體數(shù)據(jù)見表2、表3，通過這三次試驗(yàn)結(jié)果，我們具體分析了試驗(yàn)數(shù)據(jù)與設(shè)備的相關(guān)資料，這臺(tái)避雷器是2013年10時(shí)間的推移，避雷器內(nèi)部的積水量不斷增加，其結(jié)果彈簧全部銹蝕，電阻片嚴(yán)重受潮，結(jié)果導(dǎo)致避雷器失去全部的功能。月購(gòu)買的新設(shè)備，2013年12月20日開始投入運(yùn)行，在2014年03月20日機(jī)組C修期間，對(duì)其進(jìn)行過預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足要求。因此判斷出在線監(jiān)測(cè)電流增大的原因并不是因?yàn)楸芾灼骼匣鶎?dǎo)致的。根據(jù)這幾次連續(xù)帶電檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析，判斷電流增大的原因可能是氧化鋅避雷器因受潮所導(dǎo)致的。以防萬一，我們便將此臺(tái)避雷器退出運(yùn)行。并對(duì)此臺(tái)避雷器進(jìn)行了預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析，對(duì)比規(guī)程596，此臺(tái)避雷器確實(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了問題，已經(jīng)不能繼續(xù)在運(yùn)行。將此情況向廠家反應(yīng)，并將此臺(tái)避雷器送回廠家進(jìn)行解體檢查。廠家經(jīng)過解體檢查后發(fā)現(xiàn)，此臺(tái)避雷器壓力彈簧嚴(yán)重腐蝕、生銹，并且變成黑色，上端電阻片有5 片表面有水，上法蘭螺孔背面有明顯細(xì)小裂紋，如圖片1所示。事故的原因是產(chǎn)品設(shè)計(jì)不夠合理，上法蘭高壓端安裝螺孔受到較大壓力，使得螺孔背面產(chǎn)生凸出形變，并伴有放射狀紋裂，這樣就使得避雷器內(nèi)部產(chǎn)生吸潮現(xiàn)象。隨著

圖1 110kV I母避雷器C相解體圖

3 結(jié)語

以上案例的分析得出，避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中還是具有很好的效果。試驗(yàn)人員通過分析在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，及時(shí)了解氧化鋅避雷器的健康狀態(tài)，提高了檢測(cè)工作的效率與質(zhì)量，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供了技術(shù)支持。并且氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)很好的解決了既要保證重要電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又沒有充足的停電檢修時(shí)間的矛盾，為電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行提供技術(shù)上的保障。

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