氧化鋅避雷器阻性電流的溫度影響的研究

陳悅+陳晨+王麗群

摘 要：氧化鋅避雷器作為限制過電壓的主要設(shè)備在電網(wǎng)中廣泛使用，檢修試驗(yàn)人員需要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷，帶電檢測(cè)是掌握避雷器運(yùn)行狀況的重要手段，能夠在不停電的情況下有效查找設(shè)備缺陷。利用研究成果，能夠修正溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，使得泄漏電流的阻性分量能夠更真實(shí)地反應(yīng)設(shè)備特性。

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器；帶電檢測(cè)；阻性電流；溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.243

1 引言

避雷器是專門用于限制雷電過電壓或操作過電壓的電氣設(shè)備，用于保護(hù)與之并聯(lián)的電氣設(shè)備。氧化鋅避雷器以氧化鋅為主要原料，在高溫下燒制成氧化鋅電阻閥片串聯(lián)而成。氧化鋅避雷器具有良好的伏安特性，在工作電壓下流過氧化鋅閥片的電流極小，不需串聯(lián)保護(hù)間隙，且不存在工頻續(xù)流，而在雷電或操作過電壓作用下又能迅速泄放電流，限制過電壓，因此已被廣泛應(yīng)用。

判斷避雷器狀態(tài)的手段主要有例行停電試驗(yàn)和帶電檢測(cè)，其中，停電試驗(yàn)必須停運(yùn)對(duì)應(yīng)的主設(shè)備，受試驗(yàn)周期以及供電連續(xù)性等因素限制，不能隨時(shí)開展試驗(yàn)，而帶電檢測(cè)則可以根據(jù)需要及時(shí)開展試驗(yàn)，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷并監(jiān)視缺陷發(fā)展程度，是掌握避雷器運(yùn)行狀況的重要手段。

在運(yùn)行電壓下，氧化鋅避雷器的總泄漏電流包括阻性電流和容性電流兩部分，在正常運(yùn)行情況下，泄漏電流值基本不發(fā)生變化，并且其阻性分量遠(yuǎn)小于總泄漏電流，大約只占10% ～ 20%。當(dāng)氧化鋅避雷器發(fā)生內(nèi)部受潮、老化、受熱、沖擊損壞時(shí)，阻性電流會(huì)有顯著增大，但是容性電流基本不發(fā)生變化，總泄漏電流也變化不大。因此，氧化鋅避雷器帶電測(cè)試中，其泄漏電流的阻性分量（簡(jiǎn)稱“阻性電流”）是反映內(nèi)部狀態(tài)的重要指標(biāo)。本文對(duì)避雷器泄漏電流的阻性分量受溫度影響的現(xiàn)象進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)氧化鋅閥片阻性電流——溫度曲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定，總結(jié)了變化規(guī)律。

2 溫度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行避雷器阻性電流的影響

根據(jù)國網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，運(yùn)行中持續(xù)電流與歷史數(shù)據(jù)相比較應(yīng)無顯著差異。 當(dāng)阻性電流增加0.5倍時(shí)應(yīng)縮短試驗(yàn)周期并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，增加 1倍時(shí)應(yīng)停電檢查。

氧化鋅避雷器的泄漏電流的阻性分量受多種因素影響，從避雷器本身來說，閥片的老化、受潮、損壞會(huì)導(dǎo)致泄漏電流增大；從外界環(huán)境看，表面污穢，大氣溫度、濕度等也會(huì)造成阻性電流的變化。

在帶電檢測(cè)過程中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)能夠真實(shí)反應(yīng)避雷器的內(nèi)在特性，才能對(duì)它的運(yùn)行狀況、絕緣性能等做出準(zhǔn)確判斷，當(dāng)外界因素造成較大影響時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)人員對(duì)設(shè)備特性做出錯(cuò)誤判斷，從而出現(xiàn)“過修”、“失修”的情況。

在本單位積累的大量避雷器帶電檢測(cè)試驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)中，可以發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：同一設(shè)備的歷次測(cè)量結(jié)果，阻性電流有先增加后減小，或者先減小后增加的情況。

如圖1所示，是某GIS變電站110kV 出線A相避雷器的歷次測(cè)試數(shù)據(jù)。

從折線圖中可以看出，同一臺(tái)避雷器的阻性電流值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且阻性電流最大測(cè)試值和最小值之間相差58%。一般情況下，如果設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常，那么其測(cè)試值應(yīng)當(dāng)保持相對(duì)穩(wěn)定，只在較小范圍內(nèi)浮動(dòng)，而如果設(shè)備出現(xiàn)潛在故障、并逐步發(fā)展，則測(cè)量值應(yīng)該呈現(xiàn)單調(diào)上升或下降的趨勢(shì)。由于該變電站為GIS，避雷器受污穢、濕度等因素影響較小，外界環(huán)境因素中溫度對(duì)其影響最大。因此，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步分析，將測(cè)試電流和測(cè)試溫度列表如表1如下：

對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，阻性電流與溫度呈正相關(guān)的關(guān)系，溫度越高，阻性電流的測(cè)試值也越大，作者判斷認(rèn)為，溫度因素影響了測(cè)量結(jié)果。其他變電站的測(cè)試結(jié)果也表現(xiàn)出相類似的趨勢(shì)。

因此，課題組確定了將溫度對(duì)氧化鋅避雷器阻性電流測(cè)試結(jié)果的影響作為研究?jī)?nèi)容。

3 阻性電流——溫度特性研究

由避雷器的構(gòu)造可知，氧化鋅避雷器由以氧化鋅為主要原料的氧化鋅閥片組成，它具有良好的非線性伏安，在工作電壓下，流過閥片的電流極小，而阻性電流正是氧化鋅避雷器在工作電壓下泄漏電流的阻性分量。在這個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目中，可以將氧化鋅避雷器的閥片視為一個(gè)阻值極大的絕緣電阻。從理論可知，一般情況下，隨著溫度的增加，而非金屬導(dǎo)體的電阻的阻值隨之減小，這一趨勢(shì)符合避雷器阻性電流隨溫度變化的關(guān)系。

作者在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)避雷器所使用的氧化鋅閥片進(jìn)行了試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)方法

首先搭建試驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示，將被試閥片放置在恒溫控制箱內(nèi)，通過溫控器調(diào)節(jié)使得試品維持在特定的溫度。從交流電源通過調(diào)壓器對(duì)試品施加正常運(yùn)行電壓，模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中的工況，利用電流表測(cè)取流過閥片的阻性電流值。

試驗(yàn)中分別對(duì)2組不同廠家的閥片進(jìn)行了試驗(yàn)，第一組試品為杭州永德電氣110kV避雷器所用氧化鋅閥片，第二組試品為西安西電公司110kV避雷器所用氧化鋅閥片。每組閥片均選取3份樣品測(cè)試，排除分散性的影響。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

第一組試品試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

對(duì)三份測(cè)試數(shù)據(jù)取平均值，以抵消試驗(yàn)閥片分散性帶來的誤差，得到一組溫度t和阻性電流I之間的關(guān)系。

由于不同氧化鋅閥片產(chǎn)品的阻性電流初值不同，因此阻性電流的絕對(duì)值作為變量來進(jìn)行分析并不合適，作者選擇t=20℃時(shí)的阻性電流作為標(biāo)準(zhǔn)值，以 為變量，對(duì)不同溫度下的阻性電流的比值，即溫度換算 進(jìn)行分析。 曲線如圖3所示。

對(duì)第二組試品進(jìn)行相同的試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，得到擬合公式如下：

將兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的擬合曲線畫在同一坐標(biāo)下，如圖4所示。

對(duì)比兩組試驗(yàn)得到的擬合曲線，從圖中可以看到兩條曲線基本重合，說明2組氧化鋅閥片試品的阻性電流的溫度特性比較一致。

從擬合曲線可以看出，阻性電流隨著溫度的升高呈上升趨勢(shì)，這與大量帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)中反應(yīng)出的趨勢(shì)是吻合的。分析曲線走勢(shì)，在溫度低于25℃時(shí)，阻性電流的上升趨勢(shì)大致呈一條直線，當(dāng)溫度大于30度時(shí)，曲線上翹，即阻性電流隨溫度增加而增大的幅度變大，溫度對(duì)阻性電流的影響程度加大。endprint

4 轉(zhuǎn)換系數(shù)k在帶電檢測(cè)中的應(yīng)用

利用擬合得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)，對(duì)第三節(jié)中提到的避雷器測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度換算，即將不同溫度下的阻性電流值換算到標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)的電流值。

上述避雷器為西安西電生產(chǎn)的110kV氧化鋅避雷器，型號(hào)Y10WF5-102/250。換算結(jié)果如表3和圖5所示：

由表中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過溫度換算，阻性電流最大測(cè)試值和最大值之差由58%降低到30%，小于初值差50%的注意值。從歷史測(cè)試數(shù)據(jù)的折線圖中也可以看到，測(cè)試數(shù)據(jù)隨溫度波動(dòng)的趨勢(shì)明顯變得平緩。值得注意的是在8℃、15℃、22℃下的測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)過溫度換算之后基本相同，穩(wěn)定在0.084mA左右，由此說明避雷器運(yùn)行狀況正常；在溫度較高的33℃時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過溫度換算之后依舊相對(duì)偏高，筆者推斷，在溫度較高時(shí)，除了單純的溫度因素之外，還有其他因素會(huì)影響阻性電流值，在此不作展開。

從帶電檢測(cè)歷史數(shù)據(jù)中選取阻性電流測(cè)試值誤差曾經(jīng)超過50%（即如果以其中一次測(cè)試數(shù)據(jù)作為初值，則初值差達(dá)到注意值標(biāo)準(zhǔn)），至今仍正常運(yùn)行的線路避雷器數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度換算如表4。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過溫度換算，歷次測(cè)試結(jié)果之間的誤差均小于50%，處于正常范圍內(nèi)，與避雷器正常運(yùn)行的實(shí)際情況相符。

5 結(jié)論

通過對(duì)氧化鋅閥片的試驗(yàn)和分析，并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)氧化鋅避雷器帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論：

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果證明，氧化鋅避雷器泄漏電流的阻性分量受到溫度影響，阻性電流值隨著溫度的上升而增大。

（2）利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到的曲線，能夠較好地用于修正氧化鋅避雷器的阻性電流測(cè)試值，為判斷設(shè)備狀況提供更真實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)，減少“失修”、“過修”情況發(fā)生。

由于時(shí)間和資源有限，本文僅對(duì)兩組氧化鋅閥片進(jìn)行了測(cè)試，得到了具有指導(dǎo)意義的結(jié)果。還應(yīng)當(dāng)對(duì)對(duì)更多避雷器廠家的多種型號(hào)的氧化鋅閥片進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出更為準(zhǔn)確的“阻性電流——溫度”之間的關(guān)系，從而使帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠更準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)備真實(shí)運(yùn)行情況。

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作者簡(jiǎn)介：陳悅（1976-），男，浙江嵊州人，大專，高級(jí)技師，主要從事：電氣試驗(yàn)、帶電檢測(cè)相關(guān)的工作及研究。endprint