避雷器的安全稳定运行, 在当今电网中起着极其重要的作用。正确判断避雷器在线的绝缘状况, 成为运行、试验人员需要掌握的一项技术。然而, 仅2006年高压班接到的, 关于避雷器在线监测表严重缺陷的统计就达5项次, 而真正是设备内部缺陷的却几乎为零。如此悬殊的对比, 引起了我们的极大关注。笔者通过对现在变电站使用的避雷器在线装置的分析, 提出一种新的思路, 便于大家探讨[1]。
首先介绍一下, 我公司变电站报避雷器缺陷的技术依据“避雷器在线监测仪抄表规定 (试行) ”:毫安表读数大于1.15倍的参考基准值;毫安表读数小于0.85倍的参考基准值;每组避雷器各相毫安表相对变化量进行横向比较, 相对变化量中大于30%的, 属于警戒值。
每次抄表核算后, 针对以上情况, 变电站运行人员应采取加强监视的措施, 并按公司申报缺陷规定向修试所报缺陷。修试所专业人员于3日内负责收集相关数据、诊断避雷器健康状况, 并根据诊断结果及时采取相应措施, 并报生产部绝缘专责。
在电网正常运行电压下, 流过MOA的It (俗称漏电流又称全电流) 是由容性分量Ic及阻性分量Ir组成。正常状况下的MOA, 其Ic占It80%~85%, 而Ir只占It15%~20%。Ic是由MOA中的非线性电阻片材质的介电系数及片径尺寸所定。早期故障, 无论MOA受潮或老化, Ic的变化很小;Ir是由MOA中非线性电阻片材质层的电阻率及MOA内绝缘材料的绝缘电阻所定, MOA早期受潮或早期老化, Ir的变化明显。但是Ir在It中所占比例少, 且Ir与Ic互成90°, Ir的增加对It的影响不明显, 尤其是早期增加。现举例说明 (电流单位mA, 有效值) (如表1) 。
Ir已增加一倍, It只增加5.8%, 而电网运行时, 运行电压有±5%的波动, 由此It有5.8%的增加不会引起运行人员的注意, 因此MOA早期故障是无法用监测It的监测器所发现。依据运行经验, It增大20%时, 才有可能引起运行人员的注意。当It增大了20%如果还认为Ic不变, 则需要Ir值增加到1.22-0.982=0.69, 比Ir初始值0.2增大345倍, 可见此时MOA的故障已经很严重了。
MOA除外力破坏外, 绝大部分故障为受潮和电阻片老化。当MOA内部受潮或其他原因造成内部绝缘电阻下降, MOA的阻性电流Ir增加, 增加的Ir以基波为主。电阻片老化是电阻片的非线性特性变坏, 增加的Ir除基波, 还含有比较多的谐波, 尤其是三次谐波, 因此, 目前发现MOA早期故障方法是定期测量MOA的阻性分量, 以Ir基波为主要判据。要在带电条件下, 准确测量Ir的值, 不是一件容易的事, 一种方法是采用复杂的电子测量仪器定期或不定期到现场测量, 将测量的数值与以往测量的数据比较, 或三相之间的Ir值互相比较。与以往的Ir值比较看是否有增长趋势;相互间比较, 是看所测Ir值是否有个别大的数据。总之通过比较Ir值发现早期故障。
还有一种方法是将MOA中的It模拟量通过测试线, 在线远传到放置在控制室的电子测量仪器, 定时测量MOA的Ir值, 仪器自动地将测量的Ir值与初始值以及不同时间的测试值, 以及各相的测试值比较, 当发现某相Ir值与初始值或各相测量值有差异, 且差异达到一定阈值时, 发出警告。从中发现MOA的早期故障。
无论是采用阻性电流测试仪带电测试Ir, 还是在线远传测量Ir, 发现MOA早期故障的关键是看所测Ir的增量值。测量Ir值的目的是获得Ir的增量值ΔIr。ΔIr很小或等于零, MOA正常;反之ΔIr越大, MOA故障越严重。例如有两台MOA, 其It都是1mA, 而Ir分别是0.1mA和0.2mA, 能说Ir是0.1mA的MOA好而0.2mA的MOA差, 这不一定, 当运行一年后, 若Ir为0.1mA的MOA, 其Ir增大到0.2mA, 而0.2mA的MOA仍然是0.2mA从增量值判断, 0.1mA的MOAΔIr大说明有问题, 而0.2mA的MOAΔIr=0, 说明正常。所以说MOA的Ir增量值才是真正判断MOA优劣的依据。
从已有的测量方法可以看出, 带电测试MOA的Ir值需要复杂的测量仪器, 而测出Ir值并非MOA真正的Ir值。仔细分析三相MOA“一”字形排列各相It中Ir及Ic, 由于三相MOA之间存在相间干扰, 测出每相真正的即单独存在时的Ir是不可能的, 实际测量的Ir是有相间干扰的I'r。但是这并不影响测量Ir增量ΔIr, 因为有干扰条件下的ΔIr与没有干扰条件下的ΔIr是相同的。
高压交流电力网是三相电压对称制在正常条件下, 绝大多数电网三相对地电压幅值相近, 相角差接近120°。安装在相对地之间的性能完好的三相MOA, 其It亦是三相幅值相近相角差接近120°。
先设三相MOA的It的基波三相幅值相同, 相角差120°, 它们的矢量和电流即3Io=0。如图1所示。
若此三相MOA中某一项Ir增加了ΔIr, 如下图所示, 的Iar增加ΔIr, 三相矢量和电流 (如图2) 。
可以看出, 在三相MOA的It的基波完全对称的条件下, 三相矢量和电流3Io与某相阻性电流基波增量相同。即可以用3Io反映ΔIr的值, 这是三相It完全对称的理想状况。
在实际运行的三相MOA的It幅值稍有差异, 相角差亦稍有差异时, 其三相矢量和电流3Io不等于零, 而是有一个比较小的数值。根据运行经验及大量实测统计分析MOA的Ir增大 (20%~100%) 属于MOA早期故障, 在此故障下有足够时间进行停电处理, 完全可以避免发生避雷器事故。在MOA早期故障时, 3Io的增量Δ3Io与Ir的增量ΔIr的相关关系非常紧密的。通过观察监测3Io的变化, 从而发现ΔIr, 在排除电网电压不对称 (中性点非有效接地系统) 及其他因素 (如MOA绝缘底座绝缘电阻下降很多, 短路了部分It) , 就可以十分灵敏地发现MOA受潮或老化所导致的早期故障[2]。
综上所述, 用Δ3Io来判断MOA早期故障是可行的, 3Io不变, 可以相信MOA是正常的, 3Io有变, 在排除其他影响因素后, 可以判断MOA存在早期故障, 并通过停电试验或其他项目带电试验, 进一步证实故障性质。
摘要：本文通过对目前MOA带电测量优缺点的分析, 总结探讨了更加测量准确、更科学的新测试方式, 即通过观察监测三相MOA的3Io的变化, 准确判断运行MOA的绝缘状况。
关键词：无间隙金属氧化物避雷器 (简称MOA) ,在线监测,增量值ΔIr,3Io
[1] 河北省电力公司电力设备预防性试验规程 (试行) [S].2006 (1) .
[2] 李建明, 高压电气设备试验方法[M].北京:中国电力出版社, 2004 (5) .
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