氧化锌避雷器的老化诊断和寿命

氧化锌避雷器的老化诊断和寿命

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】ZnOJ~rz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1.3～1.5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①处于持续带电状态下ZnO 元件老化和②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:

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. 5 4 享, 出 丑,2 l

lOlOlO':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(1lO～l30℃)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(IEC99—4一l991)中规 定了ll5℃×l000h,而在JEC217一l984中 规定了105℃×180h的加速老化试验要求. 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

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:3O℃

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) 800 600 400 200 0 《 :

(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 现.

(上接第39页)

艺方法及工艺参数,并形成工艺文件. 立烧工艺的优点在于:

a.立烧工艺提高产品的装置量,进而提 高了设备利用率的40%;

b.立烧工艺简化了洗片工艺,去掉了滚 磨过程,清洗时间由40min降为10min; c.瓷片外观合格率显着提高.

这是因为立烧过程中,瓷片烧结后收缩 使瓷片自然分离,从根本上消除了粘片.又 由于它只进行了短时间振磨,故基本上无碰 击形成的缺损,立烧产品外观合格率平均为 98.9%,比以前的平均值94.1%提高了 4.8%.