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直流系統(tǒng)用有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器檢測

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發(fā)布時間：2025-07-25 08:49:03 更新時間：2025-07-25 00:21:29

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

直流系統(tǒng)用有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器檢測

在高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)中，有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器（SGMOV）扮演著至關(guān)重要的角色，主要用于限制操作過電壓和雷電過電壓，保護昂貴的換流站設(shè)備和輸電線路絕緣。與無間隙避雷器相比，其獨特的串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)在正常運行電壓下不承擔(dān)持續(xù)荷電率，理論上具有更長的使用壽命和更高的可靠性。然而，其間隙結(jié)構(gòu)也帶來了動作特性和絕緣配合的復(fù)雜性，因此，對SGMOV進行系統(tǒng)、規(guī)范的檢測是確保其性能穩(wěn)定、動作可靠、保障直流系統(tǒng)安全運行的基石。檢測工作貫穿于產(chǎn)品出廠、交接驗收、運行中定期試驗以及故障分析等全生命周期環(huán)節(jié)，必須嚴格遵循相關(guān)的國家標(biāo)準、行業(yè)規(guī)范和國際標(biāo)準。

主要檢測項目

SGMOV的檢測項目圍繞其核心功能和性能參數(shù)展開，主要包括以下幾大類：

1. 絕緣特性檢測： 這是基礎(chǔ)性檢測，確保避雷器本體及間隙具有良好的絕緣能力。

2. 直流參考電壓（U_ref）測量： 在規(guī)定的直流電流下（通常為1mA），測量避雷器本體（MOV電阻片柱）兩端的電壓降。這是評估MOV閥片性能是否劣化的重要參數(shù)。

3. 0.75倍直流參考電壓下泄漏電流測量： 在0.75倍U_ref的直流電壓下，測量流過避雷器本體的泄漏電流。此電流值應(yīng)非常小（通常要求≤50μA），用于判斷MOV閥片的非線性特性是否良好，是否存在受潮或老化現(xiàn)象。

4. 沖擊電流耐受試驗： 驗證避雷器本體在承受標(biāo)準雷電沖擊電流（如8/20μs波形）和操作沖擊電流（如30/60μs、或更長波前時間/半峰值時間的波形）時的能量吸收能力和穩(wěn)定性。通常包括標(biāo)稱放電電流（如10kA、20kA）下的沖擊和規(guī)定次數(shù)的大電流沖擊（如4/10μs波形下的100kA、65kA沖擊）。

5. 工頻耐受電壓試驗： 對避雷器整體（本體+串聯(lián)間隙）施加規(guī)定時間和規(guī)定值的工頻電壓（通常遠高于系統(tǒng)最高持續(xù)運行電壓），驗證其絕緣強度和在工頻過電壓下的耐受能力。

6. 動作負載試驗： 模擬避雷器在實際運行中可能遇到的嚴酷工況，包括：

7. 壓力釋放試驗： 驗證在避雷器內(nèi)部發(fā)生故障產(chǎn)生巨大壓力時，其壓力釋放裝置（如有）能否有效動作，防止瓷套爆炸，保護周圍設(shè)備安全。

8. 密封性能試驗： 確保避雷器內(nèi)部（特別是MOV閥片和絕緣支撐）的密封性，防止潮氣侵入導(dǎo)致性能劣化。

9. 間隙放電電壓測量與檢查： 對于有串聯(lián)間隙的避雷器，需要準確測量其沖擊放電電壓（如雷電沖擊50%放電電壓U_50%、操作沖擊波前放電電壓）和工頻放電電壓，確保其動作特性滿足絕緣配合要求。同時檢查間隙距離、電極形狀、安裝位置是否符合設(shè)計。

10. 局部放電測量： 在規(guī)定的工頻電壓下測量避雷器整體的局部放電量，評估其內(nèi)部是否存在絕緣缺陷（如內(nèi)部空隙、雜質(zhì)、尖端放電等）。

11. 外絕緣耐受試驗（濕/污）： 在規(guī)定的污穢等級或濕條件下，對避雷器外部絕緣（瓷套或復(fù)合絕緣外套）進行工頻或操作沖擊耐受試驗，驗證其在惡劣環(huán)境下的外絕緣可靠性。

關(guān)鍵檢測儀器

完成上述檢測項目需要一系列高精度的專用設(shè)備：

1. 直流高壓發(fā)生器： 用于產(chǎn)生高壓直流電壓，進行U_ref測量、0.75U_ref泄漏電流測量、直流耐壓試驗等。要求輸出電壓穩(wěn)定、紋波系數(shù)小。

2. 工頻高壓試驗變壓器/串聯(lián)諧振裝置： 用于產(chǎn)生工頻高壓，進行工頻耐受電壓試驗、工頻放電電壓測量等。對大容量試品常需串聯(lián)諧振裝置以減小電源容量需求。

3. 沖擊電流發(fā)生器： 可產(chǎn)生標(biāo)準雷電沖擊（8/20μs）、操作沖擊（30/60μs, 45/90μs等）以及陡波（1/5μs）、方波（如2ms）等多種波形的大電流，用于沖擊電流耐受試驗、動作負載試驗中的沖擊部分。

4. 沖擊電壓發(fā)生器： 用于產(chǎn)生標(biāo)準雷電沖擊（1.2/50μs）、操作沖擊（250/2500μs）等沖擊電壓波形，進行沖擊放電電壓測量、外絕緣沖擊耐受試驗等。

5. 微安表/高精度直流泄漏電流測試儀： 精確測量μA級的微小直流泄漏電流（如0.75U_ref下的泄漏電流）。需要高輸入阻抗和良好的抗干擾能力。

6. 高壓分壓器（直流/交流/沖擊）： 與示波器或峰值電壓表配合，精確測量施加到試品上的直流高壓、工頻高壓峰值及沖擊電壓峰值。

7. 分流器/Rogowski線圈： 與示波器配合，精確測量流過試品的沖擊電流或工頻電流的幅值和波形。

8. 數(shù)字存儲示波器： 高帶寬、高采樣率的數(shù)字示波器是記錄和分析沖擊電壓、沖擊電流波形的必備工具。

9. 局部放電檢測儀： 用于測量避雷器在工頻電壓下的局部放電量及其分布圖譜。

10. 壓力釋放試驗裝置： 包含電流源、壓力傳感器、密閉試驗箱等，用于模擬內(nèi)部故障并驗證壓力釋放能力。

11. 密封試驗裝置： 通常采用抽真空或充高壓SF6等方法檢測避雷器整體的密封性能。

12. 絕緣電阻測試儀（兆歐表）： 用于測量避雷器整體的絕緣電阻。

主要檢測方法

檢測方法需嚴格依據(jù)標(biāo)準執(zhí)行：

1. 直流參考電壓（U_ref）及泄漏電流： 將直流高壓施加于MOV閥片柱（通常需短接間隙），緩慢升壓至流過閥片柱的電流達到規(guī)定值（通常為1mA），記錄此時電壓即為U_ref。然后在0.75倍U_ref的電壓下穩(wěn)定保持規(guī)定時間（如1分鐘），讀取并記錄穩(wěn)定的泄漏電流值。

2. 沖擊電流耐受： 將規(guī)定波形（如8/20μs雷電波，30/60μs操作波）和幅值（標(biāo)稱放電電流或大電流）的沖擊電流施加到MOV閥片柱上（短接間隙），按規(guī)定次數(shù)（如20次標(biāo)稱放電電流，2次大電流）進行沖擊。沖擊前后需測量U_ref和0.75U_ref泄漏電流，變化應(yīng)在允許范圍內(nèi)（例如U_ref變化≤5%，泄漏電流變化≤20%），并觀察外觀無損傷。

3. 動作負載試驗： 這是最嚴酷的綜合性試驗。通常程序為：先施加規(guī)定次數(shù)的長持續(xù)時間（如2000μs）方波電流或操作波電流（模擬系統(tǒng)操作過電壓能量注入）→ 緊接著（間隔時間很短，模擬熱崩潰風(fēng)險最高點）施加一次高幅值的大電流沖擊（如4/10μs波形，模擬雷擊）→ 最后立即（或在規(guī)定時間內(nèi)）施加持續(xù)一定時間的工頻電壓（模擬系統(tǒng)恢復(fù)電壓）。試驗后避雷器應(yīng)無閃絡(luò)、無擊穿、無損壞，U_ref和泄漏電流變化在允許范圍內(nèi)，且冷卻后能承受規(guī)定值的工頻耐壓。

4. 沖擊放電電壓測量： 對帶間隙的完整避雷器施加規(guī)定波形和極性的沖擊電壓（如+/-極性雷電沖擊1.2/50μs），采用多級法或升降法確定其50%放電電壓（U_50%）或波前放電電壓，并測量其放電分散性