金属氧化物避雷器运行故障诊断方法

有关金属氧化物避雷器的运行故障诊断方法，重点介绍了诊断MOA故障中目前使用较多的方法和手段，同时也分析了环境条件对测量结果的影响，一起来了解下。

金属氧化物避雷器运行故障

金属氧化物避雷器（MOA）是限制过电压、进行发变电站和直流换流站绝缘配合的电力设备，特别是在由预防检修方式向状态检修方式过渡的今天，其安全运行或故障诊断的重要性毋需置疑。

自20世纪80年代以来，对运行中的MOA进行故障诊断就很盛行，现今仍在火爆趋势。经过20多年的不懈努力，对MOA进行故障诊断积累了丰富经验，同时也探索出一些新的故障诊断方法和手段。

诊断MOA故障中目前使用较多的方法和手段，同时也分析了环境条件对测量结果的影响。为叙述方便，将本文的MOA限定为交流110、220、330、500kV发变电站及±500kV直流母线（线路）的无间隙MOA。

一、预防性试验

预防性试验是目前惟一“有法可依”的MOA故障诊断方法。在现场通常按表1进行全部或部分项目试验。将试验结果与以前或出厂试验结果进行对比，实现对MOA的故障诊断。

表1MOA预防性试验项目及故障诊断

试验名称 合格判据 灵敏度 直流1mA电压试验* 变化率不大于5%，且符合GB11032—2000的规定值 √ 0.75倍直流1mA电压下漏电流试验* 不大于50μA，且变化不大于100% √ 持续电流试验

全电流变化不大于20%

阻性电流变化不大于100%

功率损耗变化不大于100% ×

√

√ 工频参考电压试验* 变化率不大于5%，且符合制造厂提供的值 × 局部放电试验 不大于50pC，且变化不大于100% √

*试验合格的判据标准主要是根据20世纪80年代初期我国的MOA水平(一般产品的电阻片直径度不太大)制定的。

注：√表示易进行故障诊断；×表示不易进行故障诊断。

多年运行表明：按表1中带*试验项目的判别标准对使用直径在75mm以下的金属氧化物电阻片（简称阀片）的MOA是有效的；对于由多柱并联和国产（不含合资厂）直径大于75mm的金属氧化物电阻片（环形电阻片应扣除内环直径）组装的MOA，0.75倍直流1mA电压下漏电流值一般都大于50μA，发生故障时的直流1mA电压和工频参考电压的变化率一般都大于10%。对这类MOA，现在的标准已修订为“0.75倍直流1mA电压下漏电流值应不大于制造厂标准的规定值；它们的直流1mA电压和工频参考电压的变化率应不大于10％”。

预防性试验的突出特点是定期（半年或1年）和按时（不管设备状态如何，到时必须做试验），因此不可避免地会存在下述缺点：①需要停电或停运，费时、费力，增加了不必要的拆装次数和检修费用；②试验条件往往不同于MOA的正常运行条件，不易准确判断；③无法防止在预防性试验的间隔期间内因MOA质量突然变化而导致的事故。

二、监测或检测

监测系指对MOA进行的连续实时监督测量，而检测是指对MOA进行间断的定期检查测量。二者都是在线或带电完成的，技术原理也相同。在线监测的基本原则是“无病不修，有病才修，修必修好”。相对于检测而言，它比较容易实现，也是目前大多数现场所采用的测量方法。

2.1 在线监测的基本原理

将MOA看作是线性电容和非线性电阻并联的器件。在运行电压作用下，流过MOA的漏电流称为全电流，它由容性分量和阻性分量构成。将容性分量补偿掉后则可得阻性电流。将电压与阻性电流相乘并积分则可得到MOA的功率损耗。这就是MOA在线监测普遍采用的补偿法的基本原理。

除补偿法外，还有3次谐波法，即利用全电流中3次谐波的变化进行MOA的故障诊断。但当系统中谐波分量较大时，仪器的误差可达100％甚至百分之几百，而且在同一地点有时会由于系统谐波分量的变化而导致测量结果的变化。

补偿法的测量原理，一般都需要从变电站的电压互感器取得电压作为参考分量。根据此参考分量来确定MOA漏电流的容性分量和阻性分量，然后进行处理。

注意，随着电压等级的提高，MOA的相间干扰越趋严重，特别当三相避雷器成一字形排列安装时更为明显。(电工技术之家 www.dgjs123.com)500kVMOA的相间干扰角为2°～5°，在测量时应通过测量仪器的移相进行矫正，以保证结果的准确性；另外，不同安装地点和不同时间的电压中，谐波分量的变化会对测量结果产生影响。对这2个问题的改进是我国测量仪器优于国外测量仪器的主要之处。

在测量阻性电流时参考电压要从变电站的电压互感器取，这是不安全和也是不方便的。而且，有的MOA离开电压互感器很远，不易从电压互感器取得电压信号。因此有的测量仪器进行了改进：电压信号由电极在电场下感应取得，用变电站所用低压电源作电压信号。但用这2种方法取得电压信号需作校正。

2.2 利用计数器测MOA全电流

利用计数器（简记为JS）可获得交流MOA的全电流。其测量接线图如图1所示。经过进一步的数学分析，可获得交流MOA的阻性电流及3次谐波电流。对直流MOA而言，只有阻性分量，它与运行电压相乘则可得到功率损耗。

在运行电压下，MOA的JS输入阻抗可分为非线性和线性2种类型。对于非线性JS，其输入阻抗（目前一般是一片非线性电阻片）可达几百kΩ，而电流表的输入阻抗较小（如DT890B型数字万用表2mA量程档的输入阻抗为100Ω），JS的分流可忽略不计，见图1（a）；对于线性JS，其输入阻抗通常为100～200Ω中的某一定值（如JS-8型JS的输入阻抗约为130Ω），而电流表的输入阻抗与其相当（如DT890B型数字万用表2mA量程档的输入阻抗为100Ω），可利用图1（a）及（b）得到2个方程

(I-I1)RJ=I1R1-------------------------------------------------------(1)

(I-I2)RJ=I2(R+R2)---------------------------------------------------(2)

式中，I、I1、I2分别为MOA的全电流及电流表A1、A2的测值；R、R1、R2、RJ分别为外接电阻及电流表A1、A2、JS的输入阻抗。

由式(1)、式(2)可以解出

I=〔I1I2(R+R2-R1)〕/〔I2(R+R2)-I1R1〕---------------------------------(3)

若R=R1=R2=100Ω，则式(3)可简化为

I=I1I2/(2I2-I1)-------------------------------------------------------(4)

若事先不清楚JS的输入阻抗是线性的还是非线性的，则也可通过图1（a）及（b）的接线进行测量并做出判断：若A1和A2的读数基本相同，则JS的输入阻抗是非线性的；若A1和A2的读数有明显差异，则JS的输入阻抗是线性的。

当然，不管JS的输入阻抗是线性的还是非线性的，均可通过与JS并联一小电阻（使JS的分流可忽略不计）而获得MOA的全电流信号，然后加以处理。

图1利用计数器的测量接线图

图1中，若JS低压端是接地端，则可直接进行测量；若JS低压端不是接地端，则需要采取安全措施：如应用带电作业技术使测量人员及仪表与低压端保持等电位；利用绝缘杆接线，并保证测量仪表与大地绝缘；利用光纤或其他新技术。目前，多数MOA的JS和漏电流监测仪已合二为一。

2.3 在线监测的优缺点

与预防性试验相比，在线监测具有以下优点：①减少停电或停运损失，节约MOA检修费用，降低MOA全寿命周期成本；②监测条件即是MOA的运行状态，预报相对准确；③能够预测已有故障隐患对MOA其他零部件的影响与作用，可以消除MOA已有故障诱发的二次性损坏。

但在开展在线监测时也遇到一些困难，主要反映在：①尚无统一的标准，不同装置之间不具有可比性；②对MOA故障特征量的研究不够，各测量量与MOA剩余寿命没有明确的关系；③抑制干扰十分困难，直接影响结果的准确性；④目前被广泛使用的由JS和电流表组合的漏电流监测仪，所测全电流是MOA的阻性电流与容性电流的矢量之和，由于容性电流分量远大于阻性电流分量，无法辨别由MOA电阻片劣化引起的阻性电流的升高，因此不能有效预防由于MOA劣化而引发的事故，一般只能发现由于MOA密封不良而造成的受潮故障。

三、红外热成像

红外诊断是一种以“基础热像”为根据，结合MOA结构及传导热能的途径，分析MOA缺陷及故障状态下的热场及温升，并参考其他测量结果，诊断MOA有无内部或外部故障的方法。红外诊断的依据是DL/T664—1999《带电设备红外诊断技术应用导则》。

红外诊断使用的仪器主要有红外热像仪、红外热电视（及红外行扫仪、红外点温仪）。诊断方法有表面温度法、相对温差法、同类比较法和档案分析法。

与其他诊断方法相比，红外诊断具有明显的优势：①不接触、不停运、不取样、不解体，省时、省力，降低MOA检修费用，大大提高MOA的运行有效度；②采用被动式监测，诊断手段单一、操作简单方便；③可实现大面积快速扫描成像，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，监测效率高，劳动强度低；④适用面广（几乎适用所有设备），效益、投资比高；⑤易于进行计算机分析，有利于向智能化诊断发展；⑥有利于实现MOA的状态管理和向状态检修方式过渡。

红外诊断的局限性：①对MOA温度状态做绝对测量时标定较困难；②目前诊断使外部温度变化小的内部故障尚有困难，而MOA的此种故障又较多。

利用红外热成像诊断MOA故障时，通常是形成整只MOA的温度分布图，如果局部温度变化有异常，则应查找原因。

四、环境条件对测量结果的影响

4.1 温度和湿度的影响

温度越高，MOA的漏电流越大；反之，温度越低，漏电流就越校MOA的这种特性可用温度系数来表征，在低于40℃时，MOA的温度系数通常为2%/℃～5%/℃。空气的相对湿度越大，MOA瓷套外表面的漏电流也越大，特别在污秽程度较重时这种影响更加明显。为了减少这种影响，测量宜在空气相对湿度较低的条件下进行，因此测量时间宜选在晴天的10∶00～17∶00。

4.2 污秽和谐波的影响

污秽程度越重，MOA瓷套外表面的漏电流越大，MOA总的漏电流也越大。若MOA各节之间污秽程度不均匀则会发生电流转移：MOA各节的总电流是相同的，对污秽程度较重的节，瓷套外表面的漏电流较大，芯体的漏电流较小；对污秽程度较轻的节，瓷套外表面的漏电流较小，芯体的漏电流较大。在湿度较大且污秽较重时，有时也可以采用屏蔽法将瓷套的外部电流分流，使之不通过测量表计或测量元件。

MOA的运行电压中含有一定比例的谐波成分，谐波和污秽的共同作用将导致MOA的电压、电流分布不均匀，使其发生局部过热（主要指内部某些电阻片）。

4.3 干扰的影响

MOA的漏电流较小，通常为几十至几百μA。如果不采取措施，电磁场的干扰将使测量结果产生较大的误差。为了减小或消除干扰对测量结果的影响，测量时应对使用的仪表及其引线进行屏蔽。

4.4 非MOA故障

有时非MOA故障，如MOA连接件（导线、接地线）或MOA附件（均压环、JS、漏电流监测仪）等，会引起测量结果不正常，因此应特别注意，并加以区别。

五，总结

预防性试验、监测或检测、红外热成像3种诊断运行中的MOA故障的方法各有优缺点，实际使用时宜综合运用，结合长期测试经验，分析环境条件对测量结果的影响，并通过纵向和横向比较分析做出正确的判断，以提高MOA运行的可靠性。