金属氧化物避雷器带电检测诊断方法

刘敏

摘要：为了保证电网的安全运行，开展金属氧化物避雷器（简称“MOA”）的带电检测显得尤为重要，通过检测阻性电流增长趋势对其进行状态诊断。因此，本文介绍了金属氧化物避雷器带电检测的原理，分析金属氧化物避雷器带电检测和诊断的方法。

关键词：金属氧化物避雷器；带电检测；阻性电流；状态诊断

近年来，金属氧化物避雷器（简称“MOA”）以其优越的过电压保护特性而取代了老式的SiC避雷器，在电力系统中得到广泛应用。由于MOA取消了串联问隙，在正常运行电压下，还承受其他冲击电压作用，当电流流过阀片，电流中的有功分量将使阀片发热，从而加速阀片老化，造成阀片非线性电阻特性劣化，进而阻性电流增加，长期作用最终将导致MOA热稳定性破坏，严重时可能会发生爆炸，导致变电站母线短路，从而影响系统安全运行。

1、金属氧化物避雷器带电检测原理

MOA是20世纪70年代发展起来的一种新型避雷器，主要由多个氧化锌电阻片串联而成，并通过一定的连接方式使之固定在绝缘瓷套中。在交流电压下，流过MOA的电流包含阻性电流（有功分量）和容性電流（无功分量）。在正常情况下流过避雷器的主要为容性电流，阻性电流相对较小，仅占很小一部分约为10%～20%，但是，当MOA 老化或者阀片受潮后，导致可变电阻阻值下降，阻性电流增大。由于MOA 阀片的非线性，阻性电流的变化为非线

性，因此，MOA运行参数可简化等效为一个可变电阻和一个不变电容的并联电路，如图1所示。

当运行中的MOA受潮或劣化时，等效电容C或电阻R 发生变化，从而使得阻性电流IR增大，全电流IX、容性电流IC也将增大，电压电流夹角φ将减小，一般情况下这些变化都可以从避雷器的以下电气参数变化反映出来：

a.在运行电压下，全电流阻性分量峰值的绝对值增大；

b.在运行电压下，全电流谐波分量明显增大；

C.运行电压下的有功功率损耗绝对值增大；

d.运行电压下的全电流的绝对值增大，但不一定明显。

可见，当电阻片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不大，阻性电流大大增加，所以，目前金属氧化物避雷器带电检测的主要手段是带电检测避雷器的阻性电流。

2、金属氧化物避雷器带电检测和诊断的方法

2.1 带电检测的方法

目前MOA带电检测方法主要分为3类：运行中持续电流检测；红外热像检测；高频局部放电检测。但目前并无很好统一的方法来对带电检测数据进行分析判断。

2.1.1 运行中持续电流检测

运行中持续电流检测主要是检测全电流、阻性电流或功率损耗。由于总电流中容性分量比例很大，阻性电流的变化则对电阻片初期老化的反应比较灵敏。采用的带电检测方法主要有电流法、二次电压法、谐波法（多次谐波法、3次谐波法）、容性电流补偿法等，但目前国内外公认的比较精确、有效的MOA性能检测方法是二次电压法。

现场试验表明二次电压法既能测量阻性电流基波分量，也能测量阻性电流各次谐波成分，对避雷器受潮以及电阻片老化情况均能准确判断，且现场使用方便、操作简单，适应MOA各种运行条件。

2.1.2 红外热像检测

红外热像检测技术主要是利用红外热像仪探测物体发出的红外辐射，并将物体辐射的功率信号转换成电信号，通过成像装置的输出模拟被扫描物体表面温度的空间分布，得到与物体表面热分布相应的热像图。MOA 故障主要包括受潮和老化，一般都以电气元件发热为特征，整体温升增大，相间温差也增大，故障相的温度较正常相偏高，一般通过红外热像仪即能检出设备温度变化。

2.1.3 高频局部放电检测

高频局部放电检测技术是指对频率介于3～30MHz的局部放电信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。利用高频钳形电流互感器，直接从避雷器末端抽取放电电流脉冲信号，依据信号的等效时长和等效频率对系统采集到的信号中的各种成分进行分离分类，再将其放电特征与专家库中的放电特征进行比较，能够灵敏的识别设备故障。

2.2 带电诊断的方法

对MOA带电检测结果进行判断时，除了参考《电力设备带电检测技术规范》标准规定外，还可以参考以下方法。

2.2.1 利用阻性电流与全电流比例关系判断

在持续运行电压下其有功功率损耗（阻性电流IR）比较小，阻性电流IR应小于全电流IX的25%。当MOA阀片老化、受潮或受到破坏，其有功损耗必定增加，阻性电流IR在全电流IX中所占比例明显变大。

当l0%

2.2.2 利用电流超前电压角度判断

当运行中的MOA受潮或劣化时，全电流、阻性电流、容性电流都将增大，但阻性电流的增加远大于容性电流增加量，电压电流夹角 将减小。因此，可以通过φ（90o ?φ相当于介损角）值判断更有效。φ大多在81o～86o。按“阻性电流不能超过总电流的25%”要求，不能小于75.5o，因此，可按照表l对MOA性能进行评价。

实际上，φ<80o时应当引起注意。评价MOA性能时，应考虑直线排列的三相避雷器，相间干扰产生误差：U相φ值减小2o，w 相φ值增大2o。

2.2.3 利用谐波数据分析判断

如果阻性电流占全电流的百分比明显增长，其中，基波的增长幅度较大，谐波的增长不明显，一般表现为污秽严重或内部受潮，如果阻性电流谐波的增长较大，基波增长不明显一般变现为老化。

2.2.4 结合红外测温、高频局放进行联合诊断

受潮初期，通常首先引起故障元件自身发热增加；受潮严重后，对于多元件结构的MOA，可引起非故障元件发热超过故障元件发热，表现出局部热特征，引起局部放电效应。老化则表现为整体或多个元件普遍发热的特征，但是，如果各阀片老化程度不同，也可表现为分布电压不均匀和局部发热轻重程度不一的特征。因此，利用这些特点就可通过红外测温、高频局部放电来判断设备是否存在缺陷。

3、结论及建议

a.检测MOA运行中持续电流比较有效的方法是二次电压法，运用此方法可较精确的检测MOA运行中阻性电流，对发现避雷器早期缺陷非常有效，通过阻性电流的变化能比较灵敏的对电阻片初期老化反应做出判断，从而对避雷器进一步运行状况提出正确指导意见。

b.对带电检测数据进行判断时，除了参考规范外，还可以利用阻性电流与全电流比例关系、电流超前电压角度、谐波数据变化等方法进行分析判断。在正常运行电压下，MOA 阀片老化后阻性电流高次谐波分量增加明显，而基波分量相对增加较小。阀片受潮后，阻性电流基波分量显著增大，而高次谐波分量增加相对较小。

c.MOA带电检测全电流、阻性电流异常时，应同时结合红外测温、高频局部放电等试验进行联合诊断。MOA 电阻片老化后，会造成避雷器外部温场畸变，可利用红外测温技术，对运行中的MOA检测，通过红外热像图特征分析，比较MOA上下部及相间温差，判断MOA的运行状况，对MOA状态及故障性质做出正确判断。

d.在实际工作中，应将MOA带电检测工作纳入设备年度试验计划，与常规例行试验相辅相成，紧密结合，确保电气设备保持健康运行状态。

参考文献：

[1] 张炜，陈宇.金属氧化物避雷器现场试验分析[J].上海电力，2008，21（2）：209-210.

[2] 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国水利电力出版社，2009.