氧化锌避雷器的老化诊断和寿命.doc

氧化锌避雷器的老化诊断和寿命电瓷避雷器1998年第6期(总166期)氧化锌避雷器的老化诊断.稠寿命【摘要】从三方面论述7无J日隙金属物避雷化诱因及其影响程度,同时介绍了国内外目前使用的一些老化诊断方法和寿命推断法.【关键词】ZnOJrz漏电流老化预期寿命,-_一-一._?I_一一一.日本在开发和成功使用氧化锌避雷器方面处于世界领先地位.首先在变电所成功应用无间隙型氧化锌避雷器,接着在配线,输电线,交一直流变换所等附有串联间隙的场合投入使用.下面以广泛应用于发(变)电设备保护的无间隙氧化锌避雷器(IA一避雷器)为中心并和原来的llA(SiC元件和串联间隙)比较稍加论述:氧化锌LA是利用电压电流非线性异常优秀的氧化锌元件(下用ZnO元件)当作特性要素,又利用氧化锌元件的持续抗老化性省去(对SiC元件是不可欠缺的)串联间隙而优化组成的保护的器件.现在一提到IA就想到ZnOIA,说明它已普遍为大家所熟悉了.最近,通过对ZnO元件特性的改善,已完成了电力系统及设备的绝缘设计合理化;对电力成本的降低已发挥不小作用.鉴于电力设备的重要性,为改善电力供电可靠性,又要实现设备紧凑化,所以要求不断提高ZnOIA的电气性能(降低保护水平)和掌握IA劣化诊断,甚至运行寿命就显得相当重要.2老化现象和诊断法1945年到1980年左右,由SiC元件和间隙串联组成的旧式IA在日本是主流.但无间隙ZnOLA以其显着的优越性从1975年开始使用,且很快成为IA的主流.在表l中列出对上述IA从前所用的劣应用评估情况可否项目有天在线精确度容易程度间百诊断隙?能大致把绝缘电阻测握受潮程度?方法简假00X定?能做多单?需要停运位的判别?对串联间隙的分路电阻.ZnO元?方法简侄总漏电流的件的劣化倾?能在运000测定向.受潮可把行时做握?不能做各单位的判别?ZnO元件的劣化倾向受潮等能更漏电流电阻直接地把握?方法简侄分量测定(电?要花工夫?能在运行00力损耗测定)除去外部干中做扰?不能做各单位的判别放电特性试?对串联间?试验装置验(附串联间隙放电特性大0X隙避雷器)的确认有效?需要停运由于ZnOIA一般不使用串联间隙,运行电压直接加在ZnO元件上,如图l所示,1998年第6期(总166期)电瓷避雷器?41?在元件中时常有微小漏电流流过.此漏电流由电容分量和电阻分量组成.元件一老化,如图1中虚线所示,一,特性下降,电阻分量漏电流增加.但是,电容分重漏电流设有明显变化.由于此电阻分量的漏电流增加,使元件发热最终因热崩溃导致对地闪络发生.小电流领域中电流领域大电流领域3-2丑娶,0.5电流密度,(A/era)图1ZnO元件的一,特性ZnOIA的漏电流是在Zn0元件本身的电阻分量漏电流和电容分量漏电流上再重叠瓷套的电容分量电流及瓷套和元件间的电容分量电流而成.由于将电阻分量漏电流和电容分量漏电流相互叠加最终称作总的漏电流(图2).在表2中示出通过包括诸如零序电流或3次谐波电流的各种漏电流的测定而进行评估的老化检测方法之一.为了对Zn0元件做老化诊断,对以上漏电流测定的方式加以研究,继而开发出即使在运行中也能随时监视的装置,图3为补偿型的一个示例.它是在从CT检测出来总电流波的信号中,对由PD(PT)等而得的电压信号微分而产生的补偿波,并使其差动,从而抽取电阻分量电流,进而和电压相乘而得功率损耗.表2漏电流引起的老化和评估检测漏电流方法老化评估将对穿式CT或电流计直接插入测定在能检测因吸潮绝缘下降或内部绝缘总漏电流(,T)不良但是对ZnO元件的初期老化不接地线中流过的漏电流能检测用对穿式CT或检测电阻直接测定接地线内流过的漏电流用PT(电压互感器)电阻分量漏电流(,)测定电压,利用消除电容分量电流,仅对LA内部的绝缘不良或因吸潮绝缘分离出ZnO元件的电阻分量,是连测定下降的初期阶段也能检测电压也不需要的方法补偿在接地线中流过的三相漏电流合能简便检测电阻分量电流的变化和零序电流(,o)成的电容分量电流,此电流用对穿型绝缘不良以及绝缘下降CT直接测定用对穿型CT直接测定在接地线中流过的漏电流,在电阻分量电流中含有不少在运行电压下电阻分量漏电流很小三次谐波电流波形三次谐波成分,可经带通滤波器进行测老化不明显且难以检测出来定图2ZnO避雷器漏电流波形)()关于氧化锌避雷器,由于元件的老化机理人们还在探索.迄今,还未建立统一的老化诊断方法和判断基准.在IEC标准的TC37项(IA)下设立研究组(wG)开始调查各国的诊断装置.因此,这里示出现场应用对总漏电流监控值的例子供参考:(1)对瓷外套式IA的初期值:0.3-0.8mA.(2)监控值:初期值的1.31.5倍.电瓷避雷器1998年第6期(总166期)图3电阻分量漏电流测定装置(补偿方式)3老化的主要因素和形态下面研究处于持续带电状态下ZnO元件老化和旧式LA中故障较多的密封结构老化.3.1ZnO元件的老化在电压一定的情况下如图4所示,当元件的温度增高时ZnO元件的电阻分量漏电流显示出增加的温度特性.当电阻分量漏电流由于某种原因增加时,因此发热量增加,当超过IA的散热能力时,进而又使温度上升,导致电阻分量漏电流又增加,周而复始,最终达到了所谓热崩溃导致绝缘击穿.下面就设想电阻分量漏电流增加左右了老化的发展,研究一下各种情况:3.1.1常时荷电引起老化在刚开始实际使用ZnO避雷器阶段,随着荷电时间的递增,电阻分量漏电流增加,按照7,二叉(阿累尼斯)经验法则能推断寿命.换言之,如图5所示那样,将荷电率作为参数.用数月短暂的时间能验证其数十年以上的预期寿命.54享,出丑,2llOlOlO:10一l电流(A)图4电阻分量漏电流的温度特性图5交流荷(课J电寿命(初期元件)现使用的ZnO元件因为通过材料的配1998年第6期(总166期)电瓷避雷器?43?合组成和制造技术的改进,电阻分量漏电流随时间推移无论是减少或是增加几乎没什么变化,所以可以说目前要推断其寿命还有困难.但是和在加速老化试验中初期的元件相比已提出有一定价值的高温(1lOl30)且大幅度长时间荷电(10年以上)的验证报告,和初期的元件相比,寿命高的出奇.顺便提一下,在IEC标准(IEC994一l991)中规定了ll5l000h,而在JEC217一l984中规定了105180h的加速老化试验要求.3.1.2因吸收过电压引起老化一旦吸收短时过电压或操作过电压那样比较长(数百s数10ms)的波形和较大能量后,由于温度上升ZnO元件的电阻分量漏电流会增加,但是当温度降至常温后,电阻分量漏电流具有返回原来大小的倾向.另外,一旦有雷脉冲那样短的(数s数109s)波形大电流重复流过时,如图6所示即使温度降低至常温,漏电流也不下降而显示出增加倾向.这表明元件的特性有永久变化,应考虑到所谓老化现象了.但是,在实际电网,并不是在IA中流过65kA那样大的雷电流.就现行的改良过的元件而言,对过电压的可靠性极高.图6随雷脉冲施加次数漏电流的变化3.1.3吸潮形成的老化在元件吸潮的场合,由于电压电流特性发生变化,如图7所示可知漏电流有增加倾向.人工将Zn0IA(瓷外套式)内部弄湿,在刚荷电后如图8所示,电阻分量漏电流有所变化,但总的漏电流变化甚微,在荷电5个月之后,电阻分量漏电流及总漏电流均出现了较大的变化.同时可看到在温度上升的月份中,漏电流是增加的.1.0萋0.9吸水吸水前测定时元件温度:3OO.10.5l510元件电流.mA图7吸水元件小电流领域电压电流特性(质量饱和状态)8006004002000:(1)吸温避雷器的漏电流(苟电后不久)(2)正常避雷器的漏电流(荷电后不久)(3)吸温避雷器的漏电流(5个月后)图8吸潮后ZnOLA(瓷外套式)的漏电流(77kV级的LA内混入30ml水)电瓷避雷器1998年第6期(总166期)3.2密封结构的老化由于合成橡胶密封衬垫的永久变形,使压缩力下降,瓷套裂缝等可形成密封泄漏.有关裂缝主要考虑安装上的问题,下面探讨衬垫的老化.ZnOLA的衬垫由于选用了压缩永久变形特性优异的材料,和原带间隙的IA时代比较密封可靠性有所进步,密封特性的改善是明显的.偶然会出现衬垫不正常,在受潮的情况会引发漏电流变化.3.3其他重要因素引起的老化瓷外套式IA场合,会因盐尘污损,台风,下雨等或者漏电流增加或者瓷外套表面及其内部的部分放电会产生老化,这是需要考虑的一个问题,如果是旧式附有间隙的场合,在上述部分的放电等的影响下,放电开始时,电压下降,续流不断,因误动作会造成故障产生.但是ZnOIA场合,由于没有续流不会产生问题.假若某个原因下即使出现故障可对漏电流的变化进行诊断.4余寿命推断法关于影响ZnOIA余寿命的主要因素大致可分元件老化和密封结构老化等,密封结构的老化由于几乎是电气设备的共同问题,下面主要探讨关于元件老化的问题.ZnO元件的老化问题为:因过高的过电压或因常时荷电而产生,由于漏电流的增加,导致热崩溃,最终元件击穿破坏.如果这个阶段当作余寿命的话,那么对过高过电压作用下的余寿命来讲,其寿命的长短与过电压作用下的大小有关,一般很短,几乎接近零.另外平时荷电作用下的余寿命,一般很长,即使初期的元件,也在数百年以上,如果同样的使用条件,经改进的元件寿命推断可达数万年以上.因此,判断ZnOIA的余寿命,分情况论,可说是0,也可说是未永久,从密封结构考虑,可以说期望寿命20年左右.换言之,说准确推断余寿命本身有困难也可,或者可以说意义不大,但是避免雷击等自然现象和其他现象对电气设备造成破坏是IA的使命,从此角度出发不得不如此考虑.如上所述对ZnOIA余寿命的推断时下第一次异地实施还没有,但按照漏电流的变化抓住异常征兆以防事故于未然的技术是优先考虑的内容.5今后课题ZnO避雷器不仅能保护设备绝缘而且能降低绝缘水平.对全面提高电力系统的可靠性和降低成本是寄予希望的.因此,这种IA的重要性日增,因而需要对推断其余寿命的技术进行改善.今后,随着数据的进一步积累,应用标准(指南)也会明显完善,防止因过高的过电压造成瞬间破坏.通过预期科学严密的部署和实施密封老化的预防措施,在不久的将来对氧化锌IA的余寿命的,推断有望不是在理论上而是在实用中能够实