關(guān)于避雷器阻性電流測量方法改進(jìn)的研究

劉朝暉

摘 要：供電設(shè)備試驗(yàn)的模式在由原始的斷電測試模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橄冗M(jìn)高效的帶電運(yùn)行模式，帶電運(yùn)行模式的日益普遍提高了供電設(shè)備的可靠性。但由于設(shè)備帶電運(yùn)行模式測試中避雷器排列方法的差異，常常會出現(xiàn)影響試驗(yàn)結(jié)果的阻性電流非正值，使得難以進(jìn)行正確的判斷。筆者以大量的現(xiàn)場試驗(yàn)為基礎(chǔ)，提出了一套改進(jìn)避雷器阻性電流測試的新方法——實(shí)際相角法。該方法使得試驗(yàn)結(jié)果不再受避雷器安裝排列方法差異所影響，更為直觀的觀測阻性電流的變化趨勢，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性得到了較大的提升，這對傳統(tǒng)的帶電測試方法試一次重要的提升，具有實(shí)踐意義。

【關(guān)鍵詞】避雷器 試驗(yàn) 實(shí)際相角法 阻性電流

近年來供電設(shè)備試驗(yàn)的模式在由原始的斷電測試模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橄冗M(jìn)高效的帶電運(yùn)行模式，帶電運(yùn)行模式的供電設(shè)備試驗(yàn)可以在不需要斷電的情況下，根據(jù)其電阻片中阻性電流的變化趨勢來了解電阻片的老化以及損壞情況，這是帶電運(yùn)行測試無與倫比的巨大優(yōu)勢，但是對于帶電運(yùn)行測試最難解決的問題就是附近其它帶電設(shè)備對于測試結(jié)果的干擾。設(shè)備帶電運(yùn)行模式測試中，常常會由于避雷器安裝排列的差異，導(dǎo)致出現(xiàn)影響試驗(yàn)結(jié)果的阻性電流非正值，三相阻性電流值差別比較大，和產(chǎn)品出廠時進(jìn)行測驗(yàn)的值也有很大的差別。很容易得到一個結(jié)論就是該方法經(jīng)過測量試驗(yàn)得到的阻性電流值并不準(zhǔn)確。按照理論，阻性泄露電流應(yīng)當(dāng)占到總電流的百分之十至百分之二十，很明顯會與該帶電測量方法得到的測量結(jié)果相沖突。對于完善帶電運(yùn)行測試模式很多專家學(xué)者做了很多的試驗(yàn)和研究，也作出的不可磨滅的貢獻(xiàn)，筆者在這里主要對避雷器阻性電流測量方法改進(jìn)進(jìn)行研究，并提出實(shí)際相角法的新方法。

1 避雷器阻性電流測量原理與特性

1.1 氧化鋅避雷器原理結(jié)構(gòu)與工作特性

氧化鋅避雷器是一類先進(jìn)的保護(hù)型電器，它的主要結(jié)構(gòu)閥片是以氧化鋅為關(guān)鍵材料，輔以多種金屬金屬材料高溫?zé)Y(jié)制造而成。氧化鋅避雷器簡稱MOA，它具有較為不錯的非線性性質(zhì)、殘留電壓低、通流容量巨大等頗為優(yōu)異的特性，在正常工作電壓下，避雷器閥片的電阻很大，幾乎可以視為絕緣體，而在大電壓的沖擊下可以在很短的時間內(nèi)調(diào)整到低電阻狀態(tài)下被擊穿，大電流得到釋放后又可以極快的恢復(fù)到高電阻狀態(tài)，所以在實(shí)際中氧化鋅避雷器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，避免線路及設(shè)備受到電壓危害。由于氧化鋅避雷器的種種優(yōu)點(diǎn)，它被普遍地應(yīng)用在各個電力系統(tǒng)中并具有非常好好的經(jīng)濟(jì)效益。圖1為氧化鋅避雷器等值電路。

1.2 測量原理

當(dāng)氧化鋅避雷器老化或損壞時，往往會發(fā)生其阻性電流增大的現(xiàn)象。所以在實(shí)際的運(yùn)行工作中，測試人員常常根據(jù)用電設(shè)備在正常電壓工作的條件下阻性電流的變化趨勢來對氧化鋅避雷器的性能進(jìn)行評估。

近些年RCD-4型阻性電流測量儀是實(shí)際工作中使用最為頻繁的測量儀器，這種儀器測量氧化鋅避雷器阻性電流的測量原理是選取對象（氧化鋅避雷器）的電流信號總和，然后再測量一個與被測量氧化鋅避雷器兩邊電壓同相的電流信號?？傠娏餍盘朓x基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影就可以表示為被測量氧化鋅避雷器的阻性電流，如圖2。

由于RCD-4型阻性電流測量儀測量回路中輸入的電流阻抗相對而言較小，把電流測量儀用于測量的探頭連接在放電計數(shù)器兩端就可以測量出總電流信號I1，這種測量方法十分簡便且具有唯一性。

測量電壓信號U1的方法大致分為三種：

（1）從標(biāo)準(zhǔn)電壓（220V）的電源上測得電壓信號U1，這種方法稱之為電源法。

（2）在測量現(xiàn)場測得一個感應(yīng)電壓U1，稱之為感應(yīng)法

（3）在電壓互感器2次繞組中測得電壓U1，這種方法稱之為PT法。在這三種方法中最為簡單且便于實(shí)施的方法是電源法，而且電源法具有危險性低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在實(shí)際測量中得到了普遍的運(yùn)用，接線方法見圖3。

1.3 三次諧波法的分析及實(shí)現(xiàn)

因?yàn)樵诰€測試當(dāng)中，一般要在PT上引用電壓的信號作為參考，導(dǎo)致測試試驗(yàn)的結(jié)果容易因?yàn)镻T角差而產(chǎn)生誤差。三次諧波法無需引入PT上的電壓信號作參考，而且試驗(yàn)方法較為簡單便捷，但是三次諧波法也有明顯的缺點(diǎn)，使三次諧波法沒有得到普遍的應(yīng)用，主要的缺點(diǎn)：a.不同氧化鋅避雷器的閥片，它的阻性電流最大值和三次分量相互間的函數(shù)關(guān)系互有差異，哪怕相同的閥片在不同的使用階段也會發(fā)生變化，所以測試中結(jié)果的準(zhǔn)確程度難以得到保證。b.如果母線中也含有三次諧波的分量，這種方法就無法消除這些三次諧波分量對測試的干擾，最終也影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在當(dāng)前條件下，產(chǎn)生的解決這種問題的方法是三次諧波補(bǔ)償法，新增了更多的電場探頭，使得電網(wǎng)中的三次諧波對于試驗(yàn)結(jié)果造成的誤差得到了補(bǔ)償，測試方法也十分的便捷。

圖4為三次諧波阻性電流分量測量。

2 傳統(tǒng)阻性電流測量方法的弊端

筆者曾在單位管內(nèi)10千伏石巴貫通線路上對進(jìn)行氧化鋅避雷器不斷電測試的試驗(yàn)中出現(xiàn)一些氧化鋅避雷器阻性電流產(chǎn)生非正值的特殊現(xiàn)象。在此試驗(yàn)中所采用的儀器是正規(guī)的避雷器通電測試儀，所采用的方法是自動邊補(bǔ)的測試方法，這種方法已經(jīng)考慮了氧化鋅避雷器三相互相之間的影響，而且對其進(jìn)行了補(bǔ)償，但是測試結(jié)果中氧化鋅避雷器的阻性電流仍然產(chǎn)生了非正值，這表明在進(jìn)行氧化鋅避雷器帶電測試中還受到了其他因素的較強(qiáng)影響。

傳統(tǒng)阻性電流測量方法主要存在的問題主要是兩個方面：

2.1 傳統(tǒng)阻性電流測試方法無法直接依據(jù)理論進(jìn)行判斷

工作狀態(tài)正常的氧化鋅避雷器阻性泄露電流應(yīng)當(dāng)占到總電流的百分之十至百分之二十，當(dāng)阻性泄露電流占總電流的比例增加并且超出這一范圍時，可以判斷出該避雷器的工作狀態(tài)出現(xiàn)了故障。但是傳統(tǒng)阻性電流測量方法是分析角度的變化來對避雷器工作狀態(tài)進(jìn)行評定的，并沒有辦法依據(jù)理論來對避雷器工作狀態(tài)進(jìn)行評定。而且傳統(tǒng)測量方法也沒有明確的規(guī)定角度變化與避雷器工作狀態(tài)之間的具體變化關(guān)系，在實(shí)際測試中會有可能會出現(xiàn)判斷錯誤的情況。

2.2 傳統(tǒng)阻性電流測量方法的測試結(jié)果中可能會產(chǎn)生非正值

避雷器的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，存在著非常多的干擾因素，對電壓、電流等可能會造成影響。比較重要的干擾因素有：避雷器電壓可能會有波動；濕度、銹蝕、表面污垢、溫度等對于避雷器阻性泄漏電流的干擾；附近帶電體也可能會對測量造成干擾，使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確。當(dāng)避雷器的帶電測量被附近帶電體干擾時，哪怕三支氧化鋅避雷器的帶電特性非常接近，得到的測量結(jié)果中阻性電流基波大小也可能存在很大的差異，給判斷其工作狀態(tài)以及劣化成都造成了困難。而且在實(shí)際中，近些年來避雷器的排列方式不僅僅只是以“一”字形進(jìn)行排列，大部分排列方式都是“/”“～”等型進(jìn)行排列，這使得附近帶電體對阻性電流的帶電測量影響更為明顯，測試結(jié)果中可能會產(chǎn)生非正值，使得對避雷器的實(shí)際狀態(tài)更加難以評估，顯然用這種傳統(tǒng)方法測出的阻性電流值并不是準(zhǔn)確的。

3 一種改進(jìn)測試方法——實(shí)際相角法

3.1 原理設(shè)計

在現(xiàn)場中氧化鋅避雷器的相間相位差由以前的120度變的不確定，我們以提高試驗(yàn)結(jié)果的判斷更為直接并更為準(zhǔn)確為目標(biāo)，就要想辦法清除負(fù)值，那么我們采用的校正角就需要用實(shí)際相角的差值來進(jìn)行判斷。因?yàn)楫?dāng)氧化鋅避雷器安裝部位確定了后，試驗(yàn)所受到的其他因素的影響也基本確定了下來。實(shí)際相角法就是在設(shè)備安裝運(yùn)行后假設(shè)a，b，c間運(yùn)行無明顯問題，在進(jìn)行校正后對其阻性電流以及實(shí)際的相間相位差進(jìn)行測量，然后在半年后把上次測量得到的實(shí)際相角差作為校正角來更為準(zhǔn)確的測量出其阻性電流大小，這樣就達(dá)成了以阻性電流的變化趨勢來評估氧化性避雷器性能得目的，實(shí)踐中該方法步驟如下：

第一次測試：將各相都用85度來校正，例如測量A相時，測得A相氧化鋅避雷器總電流IxA，并測出IA與電壓信號的夾角，通過85度校正測出其阻性電流IR1p（A1），通過該方法再分別測出B相、C相阻性電流IR1p（B1）、IR1p（C1），并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以保存，將來可以用于判斷氧化鋅避雷器運(yùn)行的好壞，通過簡單的運(yùn)算也可以算出A與B的實(shí)際相角差和B與C的是實(shí)際相角差。

第二次測試：選取B相氧化鋅避雷器總電流IxB用于測出IB和電壓的夾角φU-I，接著將B相校正角φ0（B）=85°-φU-I引入儀器當(dāng)中，從而得到了B相阻性電流值IR1p（B）。A相氧化鋅避雷器的總電流IxA，通過各相角聯(lián)系求出A相氧化鋅避雷器校正角，引入儀器中可以得出A相阻性電流值IR1P（A），同樣方法測出氧化鋅避雷器C相阻性電流值IR1P（C），這個時候就可以將IR1P（A）、IR1p（B）、IR1P（C）與原始阻性電流值IR1p（A1）、IR1p（B1）、IR1p（C1）放在一起對比，依據(jù)理論可以判斷氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)。φ0（A）

3.2 實(shí)驗(yàn)效果

筆者這兩年來將本文所講的實(shí)際相角法運(yùn)用于許多正常工作的氧化鋅避雷器阻性電流不斷電測試試驗(yàn)當(dāng)中，試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)際相角法的確成功的解決了阻性電流測量結(jié)果出現(xiàn)非正值的問題，而且其測量結(jié)果也準(zhǔn)確的評估了氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，這種測量方法具有安全、高效、準(zhǔn)確、便捷等優(yōu)點(diǎn)。表1為對10kV石巴貫通線路氧化性避雷器與10kV石瓷貫通線路氧化鋅避雷器進(jìn)行現(xiàn)場測試并將實(shí)際相角法與原有的電源法測試結(jié)果作比較。

2015年9月23日，對10kV瓷烏貫通線路氧化鋅避雷器運(yùn)用了實(shí)際相角法進(jìn)行帶電測試，結(jié)果很明顯的表明C相氧化鋅避雷器測得的阻性電流超過了2014年測量的阻性電流值3倍，總電流中的阻性電流占有比例也同樣大幅度提高了，通過觀察結(jié)果運(yùn)用理論分析得出這個氧化鋅避雷器存在著問題，表2為該次現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)。

需要說明的一點(diǎn)是，在做現(xiàn)場測試的過程中必須要考慮到三相電流、三相電壓以及接觸不良等因素可能對測試結(jié)果造成不良的影響，當(dāng)電源電壓每次測試不是同向的時候，因?yàn)殡娫措妷合嚅g的相位差是120°，就可以加減120°進(jìn)行換算，或者也能更換另一相電源。另外，臨近線路帶電與否也會一定程度上影響到氧化鋅避雷器阻性電流的測量準(zhǔn)確性，經(jīng)過筆者多次試驗(yàn)得出，臨近線路帶電與否對于測量中阻性電流的大小有百分之十五以內(nèi)的影響，這種大小的誤差在實(shí)際運(yùn)行中是可以被允許的，我們依然足以對氧化鋅避雷器工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，并且也可以在測量中記錄下臨近線路帶電與否來減小結(jié)果誤差。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)氧化鋅避雷器阻性電流測量方法的弊端嚴(yán)重影響到了其測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，而實(shí)際相角法將傳統(tǒng)的以相角的不同變化來評估氧化鋅避雷器劣化的方法提升為更為直觀的利用阻性電流變化趨勢來評估氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，真實(shí)的表現(xiàn)出氧化鋅避雷器的阻性電流值，解決了一直以來傳統(tǒng)測試方法中突出的阻性電流負(fù)值的問題，使得反映工作中的氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)更為準(zhǔn)確，并且真實(shí)可靠有實(shí)際運(yùn)用的價值。

參考文獻(xiàn)

[1]彭倩，黃治華，曹永興，薛桅，甘德剛，廖卉芬.基于無線同步技術(shù)的氧化鋅避雷器帶電檢測系統(tǒng)[J].電瓷避雷器，2014（06）：99-103+108.

[2]汲勝昌，楊蘭均，李彥明，張偉政，王錫文，彭家立.在線監(jiān)測氧化鋅避雷器的容性電流補(bǔ)償法[J].高電壓技術(shù)，2000（04）：16-18+21.

[3]嵇麗明，徐翀，柯明生，潘海蘭，邱崑，董樹禮，汪楨毅，童志明.氧化鋅避雷器無線帶電診斷技術(shù)的推廣與應(yīng)用[J].高壓電器，2013（11）：133-138+144.

[4]楊萍.基于無線傳輸?shù)难趸\避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2008.

[5]張柯.氧化鋅避雷器阻性電流在線監(jiān)測技術(shù)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2003.

[6]萬四維.氧化鋅避雷器缺陷與阻性電流的分析探討[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008（02）：6-8.

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