氧化鋅避雷器帶電測試方法應(yīng)用分析

王靜君，李文書，杜積貴

(1.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.南京供電公司，江蘇南京210013)

金屬氧化物避雷器（MOA），是電力系統(tǒng)中防止過電壓的主要設(shè)備[1]，目前現(xiàn)場對MOA進(jìn)行檢測的方法主要有直流參考電壓法（進(jìn)口設(shè)備一般采用交流參考電壓法）和交流泄漏電流法（包括全電流及阻性電流），檢測方式有停電試驗、在線監(jiān)測和帶電測試。停電試驗是精度最高的測試方式，但較大地影響了系統(tǒng)的運(yùn)行方式及供電可靠性，因此試驗周期較長。在線監(jiān)測無需停電就可實現(xiàn)對檢測設(shè)備的狀態(tài)，但目前只是在放電計數(shù)器內(nèi)加裝了簡單的泄漏電流表，精度及靈敏度難以達(dá)到要求[2]。介于停電試驗與在線監(jiān)測之間，帶電測試兼有前兩者的優(yōu)點(diǎn)，并克服了前兩者的缺點(diǎn)，在不停電方式下，即可檢測MOA的全電流、阻性電流，且檢測精度較高。因此對MOA進(jìn)行帶電測試是非常有必要的。

1 MOA帶電測試的原理

目前MOA帶電檢測方法的原理有：總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、補(bǔ)償法、基波法、諧波分析法。但現(xiàn)場運(yùn)用比較多、研究比較深入的是補(bǔ)償法和基波法。按照現(xiàn)場測量取電壓信號的不同方式，可以分為取電壓互感器（TV）二次信號和不取TV二次信號2種方法。取參考電壓信號基于的是補(bǔ)償法原理，不取參考電壓信號基于的是基波法原理[3，4]。

1.1 參考電壓信號法的測量原理

通過無線方式（有線方式）發(fā)送同步信號，電壓隔離器把TV的二次信號經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號，再經(jīng)無線信道（有線信道）傳輸至儀器。儀器經(jīng)過傅里葉變換，取出基波，然后用投影法計算出阻性電流基波峰值Ir1p=Ix1p×cos φ，因基波數(shù)值穩(wěn)定，故可采用φ和Ir1p均能直觀衡量MOA性能。

由于B相對A相、C相MOV的作用是對稱的，使A相、C相氧化鋅避雷器阻性電流的相位差大于實際值。假設(shè)Ia、Ic無干擾時相位相差120°，按相間干擾的對稱性，以B相φ為準(zhǔn)，A相φ減小的數(shù)值基本等于C相φ增加的數(shù)值，如圖1所示，由此可以計算相間干擾角度。

圖1 A相和C相受B相影響的相間干擾

如果測量時考慮相間干擾，可對A相、C相補(bǔ)償角度，把該補(bǔ)償角度“加”到φ中。該補(bǔ)償法實際是對A相、C相阻性電流進(jìn)行了平均，也有可能掩蓋問題。

1.2 不取參考電壓信號法的測量原理

在無法獲取電壓互感器二次側(cè)的信號或者其他某些特殊情況下，取參考電壓信號的MOA帶電測試儀就無法使用。在這種情況下，需要使用不取參考電壓信號的MOA帶電測試儀。按照對參考角度設(shè)定、計算的方式，可以分為3種：角度提前設(shè)定、電流法設(shè)定和依據(jù)統(tǒng)計原理審定角度。

（1）角度提前設(shè)定。無參考電壓時，先測量A，B，C三相的全電流 Ixa，Ixb，Ixc。 根據(jù) A，B，C 三相 MOA 基本是平衡的原理，先假設(shè)B相一個角度（例如80°），再測量出 φab，φcb，計算出 φa，φc，計算出 A，B，C 三相的阻性電流。如果計算的三相阻性電流不平衡，再調(diào)整假設(shè)的B相角度，最終計算出三相的阻性電流。

（2）依據(jù)統(tǒng)計原理設(shè)定角度。輸入B相電流和電壓的相位差值（默認(rèn)為83.5°，輸入到儀器中的B相參考相位差值如果是現(xiàn)場實測的統(tǒng)計值，測試結(jié)果更準(zhǔn)確），根據(jù)實測的B相電流相位推算得到B相的電壓相位，根據(jù)系統(tǒng)三相電壓差120°的規(guī)律，計算出A相和C相電壓的相位，從而計算出A相和C相的電流電壓相位差值，然后求取相應(yīng)的一系列參量。對同一母線場的MOA測量輸入的B相參考相位差值保持一致，那么測試結(jié)果的歷史趨勢對比可以很好地反應(yīng)MOA絕緣狀況的變化。數(shù)據(jù)結(jié)果的判斷方法是：如果A相、C相兩相數(shù)據(jù)均不正常，初步判斷B相存在問題（基準(zhǔn)錯誤）；如果A相、C相某一相數(shù)據(jù)異常，那就是數(shù)據(jù)異常的某相存在問題。

（3）電流法設(shè)定。電流法只需要輸入一個電流信號即可，因此接線和測量十分簡單。儀器取入MOA電流信號后，對MOA電流信號進(jìn)行快速傅立葉變換，可以得出總泄漏電流Ix的一次基波峰值Ix1p。根據(jù)統(tǒng)計原理，人為的在Ic方向產(chǎn)生一個與Ic相反電流矢量Ic1p'。通過軟件處理改變Ic1p'的大小，在Ir方向上總可以得到一個最小值，這個最小值就是阻性電流的一次基波峰值，如圖2所示。此種方法從原理上，也是假定角度。

圖2 電流法原理示意圖

電流法設(shè)定的原理與示波器法比較類似，但是還沒有經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，目前在國內(nèi)還存有爭議，這種方法只是一種測量MOA的輔助方法。

2 不同原理的現(xiàn)場實測比較

為了更好地對各種不同原理的MOA帶電測試儀進(jìn)行比較，組織一些廠家的儀器分別在試驗室停電環(huán)境下和變電站帶電環(huán)境下進(jìn)行測試。

2.1 角度提前設(shè)定的測試數(shù)據(jù)比較

儀器A是具有取電壓信號和不取電壓信號2種測量模式，儀器A在試驗室環(huán)境下對一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)MOA進(jìn)行的測試數(shù)據(jù)，如表1所示，其參考值Ix'=0.778 mA，Ix1p'=0.2 mA。

表1中，儀器A不取電壓信號時，采用的是角度提 前 設(shè) 定 的 方 法 ，ΔIx/Ix'=（Ix-Ix'）/Ix'×100% ，ΔIx1p/Ix1p'=（Ix1p-Ix1p'）/Ix1p'×100%。 根據(jù)表 1 的數(shù)據(jù)，對于同一臺儀器A，在取電壓信號的模式下，全電流值Ix、阻性電流值Ix1p與參考值很接近，誤差很小。在不取電壓信號的模式下，全電流值與參考值的誤差比較小，但是阻性電流值與參考值的誤差較大，相對誤差達(dá)51.5%。這表明，對于同一種儀器，在同樣的測試條件下，采用取電壓信號的模式，全電流值、阻性電流值這兩個測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度都比較高；若采用不取電壓信號的模式，全電流值的準(zhǔn)確度也較高，但阻性電流值與參考值相比要偏小，準(zhǔn)確度較差。

表1 儀器A在試驗環(huán)境下的測試數(shù)據(jù)

另外，從儀器A的2種模式下的數(shù)據(jù)對比來看，在不取電壓信號的模式下測得的阻性電流值會比取電壓信號下測得的數(shù)據(jù)偏大一些，而阻性電流值Ix1p會偏小。這說明，在無法取得電壓信號或不取電壓信號情況下，若采用角度提前設(shè)定的方法對MOA進(jìn)行帶電檢測，所預(yù)設(shè)的角度與實際情況不太相符，由此所測得的全電流值Ix與實際值相比要偏大，而阻性電流值Ix1p要偏小，且阻性電流值Ix1p的誤差很大，無法反映MOA的實際情況。對于采用預(yù)設(shè)角度的不取電壓信號的測量方法，還需要進(jìn)一步的改進(jìn)完善。

為了更好地比較不同測試模式下測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選取儀器B、儀器C在試驗變電站現(xiàn)場對MOA進(jìn)行帶電測試。儀器B、儀器C在2種不同模式下的測試數(shù)據(jù)如表2所示，其參考值Ix'=0.568 mA，Ix1p'=0.088 mA。

表2 2臺儀器在不同模式下的現(xiàn)場帶電測試數(shù)據(jù)

表2中，儀器B、儀器C在不取電壓信號測試時，采用的是角度提前設(shè)定的方法。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，儀器B、儀器C在取電壓信號模式下測得的全電流值Ix和阻性電流值Ix1p基本一致。一般來說，在取電壓信號模式下測得的數(shù)據(jù)與實際值是比較接近的，且這2個儀器測得的數(shù)據(jù)也基本一致，可以認(rèn)為試驗變電站現(xiàn)場MOA帶電測試的參考值就是這2臺儀器在取電壓信號下測得的數(shù)據(jù)。從儀器B、儀器C這2種模式下的數(shù)據(jù)對比可發(fā)現(xiàn)，在不取電壓信號模式下，全電流值Ix偏大，阻性電流值Ix1p偏小。

結(jié)合表1、表2的測試數(shù)據(jù)及分析，可以得出一個初步的結(jié)論：在不取電壓信號模式下，若采用角度提前設(shè)定的方法，所測得的全電流值Ix比實際會略微偏大，阻性電流值Ix1p會偏小，而且在有些情況下，Ix1p與參考值的誤差還很大。

2.2 依據(jù)統(tǒng)計原理設(shè)定角度的測試數(shù)據(jù)比較

有些廠家在設(shè)計不取電壓信號模式的測量時，采用的是依據(jù)統(tǒng)計原理設(shè)定角度的方法。2臺儀器采用此統(tǒng)計原理設(shè)定角度的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表3所示，其參考值Ix'=0.568 mA，Ix1p'=0.042 mA。

表3 2臺儀器在不同模式下的現(xiàn)場帶電測試數(shù)據(jù)

表3中，儀器D、儀器E測得的阻性電流值是有效值，非峰值。若以2臺儀器在取電壓信號下的測試值為參考值（一般情況下，取電壓信號的測試值較為準(zhǔn)確），從表3的測試數(shù)據(jù)可以知道，在不取電壓信號下，依據(jù)統(tǒng)計原理設(shè)定角度測得的全電流值Ix與取電壓信號下測得的全電流值Ix一致，阻性電流值（有效值Ir）要偏大一些。

2.3 總結(jié)分析

在對MOA進(jìn)行帶電測試時，采用取電壓信號的模式，全電流值Ix、阻性電流值Ix1p的測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度比較高。在不取電壓信號的模式下，若采用角度提前設(shè)定的方法，全電流值Ix的測試數(shù)據(jù)會比實際值偏大，阻性電流值Ix1p偏小；若采用按照統(tǒng)計原理設(shè)定角度的方法，全電流值Ix的值與實際值基本一致，阻性電流值（有效值Ir）比實際值偏大一些。

因此，在對不取電壓信號的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，必須按照不同的原理，進(jìn)行相應(yīng)測試數(shù)據(jù)誤差的修正，以提高測試的準(zhǔn)確性。具體的誤差修正方法還需要根據(jù)不同的儀器進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究。

3 結(jié)束語

通過此次對不取電壓信號模式下MOA帶電測試儀的現(xiàn)場試驗，研究分析了不同模式下測試數(shù)據(jù)的誤差，與取電壓信號的模式相比，還存在較大的不足，需要今后進(jìn)一步的改進(jìn)完善。雖然不取電壓信號還存在一些問題，但是對于一些無法取電壓信號的場合，可以進(jìn)行定性試驗，這對檢修人員掌握MOA的運(yùn)行情況還是很有幫助的，且是今后的一個發(fā)展方向。

[1]張則景.淺析氧化鋅避雷器在線測試方法[J].電機(jī)電器，2009，28（22）：48-51.

[2]陳 忠，郭 波，蔡澤祥.提高氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電測試精度的新措施[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，04(1)：95-98.

[3]李 雪，包玉樹，朱 琦.新型氧化鋅避雷器帶電測試儀校驗方法探討[J].江蘇電機(jī)工程，2009，28（6）：63-65.

[4]高自偉，張大為，黃 杰.氧化鋅避雷器帶電檢測方法及應(yīng)用分析[J].黑龍江電力，2008，30（4）：295-300.