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1、第四章 避雷器的试验、监测与诊断,方瑞明 博士/教授,1推荐书籍 做什么？怎么做？怎么分析？,中华人民共和国国家标准 电气装置安装工程电气设备交接试验标准 GB 501502006中华人民共和国电力行业标准 电力设备预防性试验规程 DL/T 5961996电力行业标准,现场绝缘试验实施导则避雷器试验 DL 475.5-92中华人民共和国国家标准,交流无间隙金属氧化物避雷器 GB 11032-2000 eqvIEC 60099-4:1991.,2 主要内容,1 MOA(氧化锌避雷器)的作用2 避雷器的型式与结构3 MOA的特性参数4 MOA的试验项目(1交接;2预试;3GIS;4线路类)5 举例
2、一一直流泄漏及起始动作电压的测试与分析6 举例二一运行电压下全电流及阻性电流的试验(带电测试)7 避雷器计数器的动作特性试验8 在线测试的思想避雷器的试验案例分析在线监测,3 避雷器的作用,1 电力系统过电压 a）暂时过电压（持续时间长）单相接地、甩负荷、谐振等 b)操作过电压 线路合闸及重合闸断路器带合闸电阻,并联电抗器，避雷器做后备.c）雷电过电压 感应雷过电压、雷击输电线路导线、雷击避雷线或杆塔引起的反击。避雷器限制雷击过电压。,4 避雷器的型式与结构,保护间隙 一个或两个间隙管式避雷器 多个均匀的小间隙阀式避雷器 多个均匀的小间隙并联非线性电阻，电阻非线性系数为0.250.45.磁吹避
3、雷器:改进间隙来改善避雷器的保护性能氧化锌避雷器（MOA）,4避雷器的型式与结构续,避雷器结构,瓷外套绝缘型交流无间隙金属氧化物避雷器,其突出优点在于：采用高性能氧化锌电阻片，使产品通流能量大、大电流冲击时残压低，保护性能好。采用新型的防爆结构，当产品内部故障导致压力剧增时，通过压力释放装置使内部压力得以释放。,避雷器结构：单柱型 多柱并联型,依据主要标准：GB11032-2000 交流无间隙金属氧化物避雷器 GB311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合,瓷套型避雷器（单元节结构图）,避雷器结构,-重量减轻:27%-体积减小:22%-部件数量减少:50%,旧式避雷器构造,均压环,ZnO
4、阀片(标准型),绝缘筒,均压电容,绝缘子,连接导体,导体,高梯度避雷器构造,绝缘子,绝缘筒,均压环,ZnO 阀片(高梯度型),应用高梯度阀片的GIS用高梯度避雷器,500kV用避雷器的比较,两类避雷器材料的伏安特性比较,两种避雷器的伏安特性比较,两类避雷器材料的伏安特性比较,4 MOA优缺点,无间隙，基本无续流 伏安特性平坦，残压低，无截波，耐多重雷击或多次操作波的能力强伏安特性对称，正负极性过电压水平相当 间隙具有极性效应MOA阀片可以并联使用，扩容，降残压易于制成直流避雷器 因为直流续流不像工频续流那样会通过自然过零点阀片受潮后或老化后，无间隙易爆炸,MOA优缺点续,现在试验研究表明，在气
5、体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中，SF6隔离开关操作母线时产生5-15MHz高频操作过电压(VFTO)，波前很短，520s，陡度很大。在这种VFTO冲击作用时，MOA的V-I特性显著高于标准规定的雷电过电压水平。同时因陡度大，呈现MOA和被保护物之间电压差很大，MOA对防护VFTO作用很小，而另行采取防护措施。同时应研究改善MOA的V-I特性以及相应试验方法。,5 MOA的特性参数,1额定电压Ur:由动作负载试验确定的避雷器上下两端子间允许的最大工频电压有效值,避雷器在该电压下应能正常工作.（我国为10秒定义Ur）Uc 0.8 Ur(进口取0.8)2 持续运行电压Uc:指允许持续加在避雷器两
6、端子间的工频电 压有效值,一般小于避雷器的额定电压.,5 MOA的特性参数,3 伏安特性 a点以前小电流区；拐点b左右毫安级残压区UNmA，N为14，N1称为MOA起始动作电压：U1mA。,5 MOA的特性参数,4 持续运行电流；指在持续运行电压下,流过避雷器的电流,包含阻性分量和容性分量.5 工频参考电流下的工频参考电压:对避雷器(或避雷器元件)施加工频电压,当通过试品上的阻性电流等于工频参考电流时,测出试品上的工频电压峰值.参考电压等于该工频电压峰值除以?(工频交流电压下的饱和点),1、老化现象金属氧化物避雷器取消了串联间隙，在电网运行电压作用下，其上要流过泄漏电流，电流中有功分量即阻性电
7、流虽然很小，但仍会使阀片升温，导致阻性电流随时间缓慢增长，改变其伏安特性，即老化现象。此外，单纯的机械应力也可以引起老化现象（如运输过程）,金属氧化物避雷器故障原因分析,金属氧化物避雷器故障原因分析,2、热击穿现象阀片由于损耗而升温，而温度升高后又使阀片电阻下降导致损耗加大因此会出现正反馈过程。以右图为例，环境温度200C，荷电率为1.0的曲线，发热曲线与散热曲线相交于A和B两个工作点。A为稳定工作点，B为不稳定工作点，这两个工作点将阀片温度分为3个区域，当某一时刻阀片温度处于II区时，散热功率大于发热功率，阀片温度下降，直到A点，此时散热功率等于发热功率，稳定稳定。可分析III区B点不稳定。
8、,金属氧化物避雷器故障原因分析,3、受气候的影响受到雨、雪、凝露及尘埃的污染，由于避雷器内外电位分布不同，是金属氧化物阀片与外部瓷套之间产生较大的电位差，导致径向局部放电现象发生，损坏避雷器。4、避雷器的机械强度避雷器的瓷套、端子和机座由于设计工艺不良、大气腐蚀、应力疲劳和地震等原因受机械力作用出现损坏。,金属氧化物避雷器故障统计,金属氧化物避雷器故障统计,据统计，我国电力系统20世纪8090年代应用金属氧化物避雷器以来，110KV以上的国产避雷器已达7060相，其中48相发生事故，占0.68%，90相退出运行，占1.3%。其中60%事故由受潮引起。引进110KV以上的避雷器有2000多相，其
9、中23相损坏，退出运行30多相。主要故障是由于老化、参考电压低、阀片温度系数和电位分布不均匀等原因造成。配电型金属氧化物避雷器由受潮引起的故障高达60%,6.1 MOA 试验项目一(交接1),6.1 MOA 试验项目一(交接2),6.2 MOA 试验项目二(预试),6.3 MOA 试验项目意义,可以初步了解其内部是否受潮，还可以检查低压MOA内部熔丝是否断掉、及时发现缺陷U1mA 主要检查阀片是否受潮，确定其动作特性和保护特性是否符合要求。以直流电压和电流方式来表明阀片的伏安特性曲线饱和点的位置。75U1mA一般比最大工作相电压（峰值）要高一些，在此电压下主要是检测长期允许工作电流是否符合规定
10、，因为这一电流与MOA的使命有直接关系，一般在同一温度下泄漏电流与寿命成反比。工频参考电压以交流电压和电流方式来表明阀片的伏安特性曲线饱和点的位置，确定其动作特性和保护特性是否符合要求。测量避雷器在持续运行电压下持续电流能有效地检验避雷器的质量状况，并作为以后运行过程中测试结果的基准值。一般情况下：U1mA 与避雷器的工频参考电压峰值相等,直流参考电压与工频参考电压,直流参考电压与工频参考电压,6.3 MOA 试验项目意义,5 当阀片老化时，避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流大大增加，所以测量交流泄漏电流及其有功分量和无功分量是现场监测避雷器的主要方法
11、。在运行电压下测量全电流、阻性电流可以在一定程度上反映MOA运行的状态，全电流的变化可以反映MOA的严重受潮、内部严重老化，而阻性电流的变化对阀片初期老化的反应较灵敏。6 计数器统计避雷器动作情况，为雷电侵袭时判明避雷器是否动作提供依据。,6.3 MOA 试验项目准备,外部绝缘瓷筒是否完整。破碎、裂纹。表面有无闪络痕迹。棕色变为灰白色；白色瓷釉变为黄黑色。密封是否良好。引入线和接地线的连接处及其本身是否良好。查看内部零件是否十分牢固，可将避雷器左右各倾斜60。如无响音，即说明螺旋弹簧的压力完全适合。,6.4.1MOA 交接试验项目举例（220kV）,以某变电站为例。型号：Y10W5-216/5
12、62 额定电压：216kV，持续工作电压：168.5kV,出厂日期：2005、6制造厂：西安西电高压电瓷有限公司，直流1mA参考电压：314kV使用ZGSIII300/3直流发生器，2500V兆欧表，t33。C，湿度：66，测试日期：2005、7、10,6.4.1 MOA 交接试验项目举例一（220kV）,6.4.2 MOA 交接试验项目举例二（500kV）,以某500kV变电站为例。型号：Y20W5-444/1050w 额定电压：444kV，持续工作电压：324kV,出厂日期：2005、6（500kV白色站采用Y20W5-420/1006w）制造厂：西安西电高压电瓷有限公司，直流1mA参考电
13、压：597kV使用ZGS300直流高压发生器，5000V兆欧表，t18C，湿度：68，测试日期：2004、01、08,6.4.2 MOA 交接试验项目举例二（500kV）,6.5 MOA 预试试验项目举例,编号及安装位置：500kV变电站I线，试验时间：2005年12月10日 温度：11.6 湿度：83%使用仪器：AST直流高压发生器 仪器编号：2501,6.5 MOA 预试试验项目举例续,6.6 GIS（气体绝缘组合电气系统）的 MOA试验,6.7线路MOA试验,1)试验项目同6.2;2)第1-5项周期均为必要时;3)第6项为新投运后半年内测量一次,运行一年后每年雷雨季前一次,或必要时.,6
14、.8 低压（220、380V等其它）的MOA,1 用500V兆欧表测阀片电阻值，如读数在2M以上，说明正常；如读数为零，说明阀片已坏；如读数为无穷大，说明熔丝已断，避雷器不能使用。对低压避雷器施加直流电压，用直流毫安表和电压表测量避雷器的泄漏电流和U1mA，对于220V避雷器，U1mA500V(600);对于380V避雷器,U1mA800V(1200)为正常.根据厂家要求来作。如乐滩电厂灭磁组件中的非线形电阻U10mA，I 50U10mA。还要考虑是几串几并（4串2并）的要求可能又不一样。,7.1直流高压发生器的原理,7.2 直流高压发生器的原理,7.3 直流高压发生器的原理,7.4 直流高压
15、发生器的原理,7.5直流高压发生器的结构,7.6直流高压发生器的结构,1 顶帽 2 电容 3 上下连接螺栓4接地砖头5 硅堆 6 测压电阻杆 7 上下节倍压筒8上下节对准标志 9 上下节 倍压筒10 连接插座 11 中频变压器 12内藏式撑脚,7.7直流高压发生器的结构,7.8 直流高压发生器的接线,7.9 直流高压发生器的接线,7.10 直流高压发生器的故障现象,8.1 MOA 直流泄漏试验接线一,以500kV三节避雷器为例,8.1 MOA 直流泄漏试验接线一（续1）,8.1 MOA 直流泄漏试验接线一（续2）,8.1 MOA 直流泄漏试验接线一（续3）,8.2 MOA 直流泄漏试验接线二,
16、8.3 MOA 直流泄漏试验接线三,8.3 MOA 直流泄漏试验接线三（续1）,8.3 MOA 直流泄漏试验接线三（续2）,8.3 MOA 直流泄漏试验接线三（续3）,8.3 MOA 直流泄漏试验接线三（续3）,8.4 MOA 直流泄漏试验危险点,1 试验中控制台应与高压引线或分压器保持足够的距离,以防感应电压危及人生安全.2 直流发生器的控制台和分压器一定要与地可靠连接.3 绝缘棒连接的高压引线与避雷器的挂靠一定要稳,以防试验过程中风吹将高压带电线吹到人或其它设备上.4 试验过程中(尤其是直流试验三)升流升不上去时,停下来检查接线,不要强制加压,当三节U1mA不等时,电压加在P或Q点是有讲究
17、的.5防止损害设备,8.5 MOA 直流泄漏试验危险点举例,编号及安装位置：500Kv平果站2主变500Kv 试验时间：2005年01月29日 温度：16.8 湿度：68%使用仪器：苏州华电ZGS高压直流发生器 仪器编号：21305006 注意：三节避雷器的U1mA不一样,8.5 MOA 直流泄漏试验危险点举例续,10 MOA 的放电记数器试验,1 专用的能产生模拟标准雷电流、电压的避雷器放电记录器校验仪。电流多大？电压多高？中华人民共和国机械行业标准交流无间隙金属氧化物避雷器用监测器 JB/T 10492-2004规定8/20微秒上、下记数电流(20kA，50A)范围内任意作用下，均应准确地
18、做出记数指示。2 兆欧表加电容器电压高还是要电量容大？合适的电压及电容量？电流波形？,11.1 MOA 带电测试原理,11.2 MOA 带电测试接线,11.3 MOA 带电测试危险点,1 选取电压信号时，先查电压互感器的二次端子号，（最好是二次人员配合），只能从计量或测量端子引，千万不能从保护端子引，以免误动作。2 测出参数后，电压引线一定要先拔互感器侧的端子，再拔面板上的端子，否则，下雨天，先拔后者而前者未拔易短路。,11.3 MOA 带电测试危险点续1,11.3 MOA 带电测试危险点续2,11.3 MOA 带电测试危险点续3,11.3 MOA 带电测试危险点续4,11.3 MOA 带电测
19、试危险点续5,3 如是ABB的计数器，因其内阻小，电流信号的选取需找一个国产计数器备用，先装备用的，再拆ABB的计数器，见前三页，试验后，先装ABB的计数器，再拆备用的计数器。4 拆完电压电流线后再拆地线，否则可能挨打。5 雷雨前或远方有雷云时，立即停止试验，即便是最后一组的最后一相。,11.4 MOA 带电测试结果分析,1 测量运行电压下全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较不应有明显变化2 测量值与初始值比较，当阻性电流增加50时应该分析原因，加强监测、适当缩短检测周期；当阻性电流增加1倍时应停电检查 3 由于基波阻性电流比较稳定，也可从Ir1p判断，但从电压电流角度判断更有效，因
20、为90 相当于介损角，如果规定阻性电流小于总电流得25，对应得为75，无干扰时：右表4 有干扰时，认为B相为0，A相误差为24，A相误差为24，,12.1 避雷器事故1,1 中性点不接地系统避雷器爆炸事故 事件 某10kV变电所于一日凌晨6时，发现10kV侧母线不平衡（A、B、C三相电压分别为9、5、8.2kV）,波动严重（后经查明10kV B相断线引起），8点40分，值班员听到警铃，并看到C相电压为零，另两相电压升高，调度员命令断开电压互感器并立即检查，发现C相线圈烧废，检修人员随即找了一个新的换上，14：36投运，但不到半个小时，忽然听到开关柜一声巨响，10kV电压指零又恢复到正常值。后查
21、明是避雷器爆炸。,12.1 避雷器事故1续,原因 变电所10kV系中性点不接地，28日凌晨6时，B相断线引起 时形成单相弧光接地，引起系统振荡，产生间歇性过电压，致A、C相电压升高。因未及时切断故障线路，使互感器及避雷器长时间在非正常电压下，互感器过流而烧废，避雷器的在高于正常泄漏电流情况下老化。当系统再次投入运行发生振荡过电压时，发生避雷器爆炸事件。教训 C相线圈为什么会烧废？避雷器性能如何？需要思考和试验,12.2 避雷器故障诊断实例2,3 避雷器泄漏电流过大引起的补偿电容器运行声音异常 事件 某变电所四月将少油断路器SN1010更换为ZN2810型真空断路器，为防止操作过电压就装了HYW
22、S216 MOA，十月发现电容器发出“嗡嗡”异响，电流指针剧烈摆动，但无事故信号，运行人员将电容器停运。,12.2 避雷器故障诊断实例2续,原因 排除电流、电压互感器连接线松动的可能性，对电容器、避雷器进行试验，发现C相避雷器75U1mA的泄漏电流超过50A，更换后故障现象消失。教训 及时测量，测量值与初始值相比有明显变化应加强监视，及时发现异常设备，并予以消除，以免事故范围扩大。,12.3 避雷器故障诊断实例3,4 避雷器泄漏电流大的故障诊断 事件 某地金桥站购买避雷器Y2W100/260出厂数据合格，而到现场75%U1mA下的泄漏电流均超过 50A。已经排除仪器仪表、天气和接线的因素外，数
23、据仍然大。,12.3 避雷器故障诊断实例3续,原因 由于金桥站一次设备在室内，该TV、MOA间隔中，两者相距很近，直流试验电压（150kV）对电容式电压互感器的分压电容有冲放电现象，导致75%U1mA下的泄漏电流偏大。而将电容式电压互感器的分压电容两端短接接地，试验数据合格。教训 综合分析。,12.4 避雷器故障诊断实例4,5 避雷器泄漏电流大的故障诊断 事件 南阳避雷器厂Y10W-200/520W 1997年7月出厂，三相均超标。,12.4 避雷器故障诊断实例4续,原因 安装时上下节固定时出问题，上下节封闭不严导致下雨时进水受潮。全部更换为南阳避雷器厂Y10WZ-200/520W 2000年
24、3月出厂，三相均合格。,12.5 避雷器故障诊断实例5,5 避雷器泄漏电流大的故障诊断 事件 南阳避雷器厂Y5W-42 1993年2月出厂，A相均超标。,12.5 避雷器故障诊断实例5续,原因 氧化锌阀片老化。A相更换为南阳避雷器厂Y5WZ-52.7/520W 2001年1月出厂，数据合格。,13 金属氧化物避雷器的在线监测,阻性电流的监测,补偿法测量阻性电流,补偿法测量阻性电流,补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,
25、补偿法测量阻性电流一、全硬件补偿法,补偿法测量阻性电流二、数字化软件补偿法,补偿法测量阻性电流二、数字化软件补偿法,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,谐波分析法监测阻性电流,避雷器红外诊断,避雷器故障类型（1）受潮故障受潮是避雷器中最普遍和危害最大的一种故障如：若受潮时间久，因FS型使用低温阀片，使上部间隙组零件混乱并出现分压不均匀，引起局部放电发热，或因内部水分过多而结露，使间隙组或表面泄漏电流过大而发热。外在表现呈现外表温升。（2）并
26、联分路电阻老化故障或断裂故障如FZ型避雷器有并联分路电阻,（3）非线性电阻阀片老化故障如氧化锌避雷器出现不均匀劣化特征，表现局部发热轻重程度不一样少数阀片先期老化，可引起整体电导电流及整体发热增加,避雷器红外诊断,避雷器故障状态下的热像特征FS避雷器：主要是受潮，热像特征为局部温升FZ避雷器：并联分路电阻受潮、老化和并联回路断裂，以分路电阻发热的增加或减少为特征FCZ避雷器：受潮、老化或断裂，与FZ型热特征类似。元件热像通常以整体发热为基础并伴随有局部特征FD避雷器：严重受潮才会出现轻微发热，分路电阻老化和回路断裂故障不会有任何明显的热像特征氧化锌避雷器：受潮和阀片老化，整体元件发热为特征,避雷器红外诊断,避雷器红外诊断,工作人员对某500 kV变电站一次设备红外测温时,发现2#主变500 kV侧C相避雷器上节温度比中、下节高12C。,图中上下分别为故障C相和正常A相避雷器的红外谱图和温度分布曲线图。比较发现,两者之间存在较明显的区别。带电设备红外诊断技术应用导则规定330 500 kV MOA相间温差12 K时，若局部明显发热属异常现象。经停电检查，预防性试验项目均合格，进一步检查铭牌编号，发现C相避雷器从上到下3节编号为3、2、1，而其它两相均为1、2、3经厂家确认C相避雷器上下节安装颠倒。,习 题,1.P94，第1题；2.P94，第2题。,
