基于實(shí)際相角法的避雷器現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試應(yīng)用

王　植

（東莞供電局，廣東 東莞　523000）

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基于實(shí)際相角法的避雷器現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試應(yīng)用

王植

（東莞供電局，廣東 東莞523000）

介紹了東莞供電局避雷器帶電測(cè)試的新方法，并通過新方法對(duì)運(yùn)行中避雷器的泄漏電流及阻性分量測(cè)試，成功發(fā)現(xiàn)了一起避雷器缺陷，用實(shí)例說明無需設(shè)備停電也可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷的效果，進(jìn)一步驗(yàn)證了使用避雷器帶電測(cè)試取代原有的停電預(yù)防性試驗(yàn)的可行性。

金屬氧化物避雷器；避雷器帶電測(cè)試；泄漏電流；阻性分量

金屬氧化鋅避雷器（MOA）具有高能量吸收力、保護(hù)性能穩(wěn)定、殘壓低等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地限制雷電過電壓或操作過電壓。由于沒有放電間隙，氧化鋅電阻片要長(zhǎng)期承受運(yùn)行電壓的作用，且各串聯(lián)電阻片中不斷有泄漏電流流過。如果 MOA在運(yùn)行中發(fā)生劣化，泄漏電流就會(huì)增大，最終導(dǎo)致 MOA熱崩潰而發(fā)生設(shè)備事故。所以監(jiān)測(cè)運(yùn)行中 MOA的泄漏電流情況，對(duì)判斷其運(yùn)行狀況是非常必要的。但實(shí)際運(yùn)行情況，有時(shí)無法按期停電，導(dǎo)致避雷器不能按時(shí)進(jìn)行預(yù)試，而開展避雷器帶電測(cè)試就顯得尤為重要。

1　測(cè)試原理

避雷器帶電測(cè)試主要是檢測(cè)泄漏電流及其阻性分量，由于總電流中容性分量的比例很大，故關(guān)鍵是如何從總電流中分離出微弱的阻性電流。如圖1所示，在交流電壓作用下避雷器運(yùn)行參數(shù)可簡(jiǎn)化等效為一個(gè)可變電阻和一個(gè)不變電容的并聯(lián)電路。

測(cè)量MOA阻性電流的基本原理，是取被測(cè)相MOA的總電流信號(hào)，再取一個(gè)與被測(cè)相MOA兩端電壓同相或穩(wěn)定角差的電壓信號(hào)；總電流IX的基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影，即為MOA阻性電流IR1［1］。

圖1　MOA泄漏電流及其等效回路

2　方法與改進(jìn)

2.1傳統(tǒng)方法

電流信號(hào)取法由放電計(jì)數(shù)器兩端連接即可，而電壓信號(hào)的取法一般采用電源法更為安全方便，以變電站220V檢修電源為電壓信號(hào)U1。

測(cè)量時(shí)取B相MOA總電流IXB，測(cè)得Φ（IB與U1的夾角），把B相MOA的校正角85°?Φ，即Φ0（B）送入儀器Φ0中，得到B相的阻性電流值；并用同樣的方法，然后利用Φ0（B）?120°和Φ0（B）+120°得到A、C兩相的校正角，從而得到A、C相的阻性電流值。通過這樣的做法，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ葋砼袛啾芾灼鞯牧踊?/p>

2.2存在問題

運(yùn)行中的避雷器，有許多實(shí)際因素影響電壓、電流及相位的大小，如溫濕度、表面污穢、MOA兩端電壓波動(dòng)、諧波含量［2］影響，同時(shí)避雷器相間干擾及周圍帶電體的干擾因素也影響測(cè)試結(jié)果，特別是很多變電站內(nèi)三相避雷器呈“一”字形排列的方式［3］，其影響相對(duì)顯著。我們分析，傳統(tǒng)的測(cè)試方法存在測(cè)量誤差主要原因在于其測(cè)試方法是以正負(fù)120°的關(guān)系來衡量三相之間的角差，而實(shí)際上由于避雷器相間實(shí)際相位差不一定是對(duì)稱量正負(fù) 120°的關(guān)系，因此傳統(tǒng)做法便存在局限性。見表1，為我們利用AI—6106型儀器對(duì)該220kV某變電站部分間隔的B相避雷器與A、C兩相之間角差進(jìn)行測(cè)量。

表1　某220kV變電站運(yùn)行中避雷器相間角差數(shù)據(jù)

2.3實(shí)際相角法

為了消除干擾、判斷更為直觀準(zhǔn)確，我們?cè)趥鹘y(tǒng)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，使用實(shí)際三相的相角差進(jìn)行計(jì)算，代替原來使用120°角差［4］，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試取得了良好的效果，其測(cè)試方法如下。

首次測(cè)試時(shí)，三相均用85°進(jìn)行校正，分別測(cè)到Φk（IA、IB、IC與 U1的夾角），并將三相校正角85°?Φk各自送入儀器Φ0中，得到三相的阻性電流值并保存原始校正角Φ0（A）、Φ0（B）、Φ0（C）作為下次的試驗(yàn)依據(jù)。

在下一次測(cè)試時(shí)，測(cè)量時(shí)取B相MOA總電流IXB和Φ，得到B相的阻性電流值；利用上次的Φ0（A）、Φ0（C）來獲得A、C相的阻性電流值。

實(shí)際相角法其實(shí)是相角的變化反映到阻性電流的變化，通過了解阻性電流的增量來判斷避雷器的健康狀況［5］。

3　應(yīng)用實(shí)例

3.1帶電測(cè)試情況

2011年3月，東莞供電局試驗(yàn)人員在某220kV變電站進(jìn)行避雷器帶電測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)某110kV線路B相避雷器阻性電流相對(duì)其他兩相明顯增長(zhǎng)，但并未達(dá)到規(guī)程［6］要求“阻性電流增長(zhǎng) 1倍需要停電檢查”。根據(jù)該情況，縮短了該避雷器帶電測(cè)試的檢測(cè)周期，繼續(xù)跟蹤監(jiān)督。

表2　避雷器帶電測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2可知，2010年該線路B相避雷器阻性電流分量測(cè)試值 0.07mA，而 2011年測(cè)試值為0.105mA，同比增長(zhǎng) 50%，相對(duì)其他 A、C兩相最大相間差為49%；另外，該相避雷器泄漏電流增長(zhǎng)不明顯?？s短檢測(cè)周期以后，B相阻性電流測(cè)試值均超過 0.105mA，雖然總體上比較平穩(wěn)但也并沒有改善，而且存在繼續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，初步判斷該相避雷器存在局部缺陷。

3.2紅外測(cè)溫情況

根據(jù)該情況，對(duì)該線路避雷器進(jìn)行針對(duì)性測(cè)溫，發(fā)現(xiàn) B相避雷器本體中上部位置存在局部過熱情況，如圖3所示。

圖2　避雷器阻性電流增量變化圖

圖3　避雷器紅外成像

3.3停電試驗(yàn)情況

2013年9月對(duì)該110kV線路避雷器進(jìn)行了停電檢查試驗(yàn)，該避雷器1mA的直流參考電壓增長(zhǎng)1.7%卻未超標(biāo)，絕緣良好，但該避雷器直流泄漏試驗(yàn)中75% U1mA下的泄漏電流為58μA，已超標(biāo)。

表3　停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.4分析結(jié)論

從各方面來看，該避雷器內(nèi)部存在局部缺陷，且缺陷位置發(fā)生在避雷器中上部，而不是整體缺陷。因?yàn)槠浣^緣相對(duì)較高，阻性電流雖有增長(zhǎng)卻在后期穩(wěn)定下來（后面7次平均值為107.5mA），沒有逐次明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，不太像內(nèi)部受潮缺陷。如果是氧化鋅電阻片劣化，其直流1mA下的參考電壓變化卻不明顯，且為正數(shù)增長(zhǎng)。最終我們對(duì)該避雷器進(jìn)行更換處理以及返廠檢查分析。經(jīng)檢查分析，該避雷器在局放試驗(yàn)檢查時(shí)存在較大的局放量，解體發(fā)現(xiàn)內(nèi)部中上部氧化鋅電阻片與膠套存在明顯空隙，以及鍍鋁層變黑的等異常情況，屬于內(nèi)部空隙電場(chǎng)不均引起局放而導(dǎo)致局部過熱。

圖4　避雷器內(nèi)部空隙

圖5　鍍鋁層變色脫落

4　結(jié)論

近年來，東莞供電局采用避雷器帶電測(cè)試的方法代替停電試驗(yàn)，提高了供電可靠性，并通過近幾年來多起避雷器缺陷的的發(fā)現(xiàn)，證明實(shí)際相角法在實(shí)際的應(yīng)用及缺陷診斷方面還是行之有效的，但也并非絕對(duì)完美的，因?yàn)閷?shí)際上帶電測(cè)試仍然存在一些問題有待解決：

1）MOA小電流區(qū)伏安特性易受溫濕度影響，在不同地方、時(shí)間下所采集到的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生誤差［7］。

2）電磁干擾、耦合電容等因素的是測(cè)量誤差的重要來源，電壓等級(jí)的升高，測(cè)量誤差也升高。

3）運(yùn)行系統(tǒng)的改變，導(dǎo)致在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中接收的參考信號(hào)產(chǎn)生相位角漂移，給測(cè)試帶來影響。

4）實(shí)現(xiàn)避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，以便掌握避雷器絕緣性能。

［1］ 張偉平. 避雷器阻性電流測(cè)試新方法［J］. 電瓷避雷器，2011（6）︰112-116.

［2］ 宋運(yùn)平. 氧化鋅避雷器帶電測(cè)試方法探討［J］. 硅谷，2011（23）︰36-37，6.

［3］ 嚴(yán)玉婷，黃煒昭，江健武，等. 避雷器帶電測(cè)試的原理及儀器比較和現(xiàn)場(chǎng)事故缺陷分析［J］. 電瓷避雷器，2011（2）︰57-62.

［4］ 李開霞，張金波，胡鋼. 用相角差法判斷金屬氧化物避雷器性能優(yōu)劣的研究［J］. 高壓電器，2008，44（1）︰23-25，31.

［5］ 楊殿成. 金屬氧化物避雷器帶電測(cè)試干擾分析［J］.高壓電器，2009，45（5）︰130-132.

［6］ Q/CSG114002—2011. 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［7］ 朱煥杰，林建輝. 金屬氧化物避雷器的運(yùn)行故障分析及監(jiān)測(cè)方法［J］. 絕緣材料，2008，41（3）︰56-59.

Application of Electric Test in the Field of Lightning Arrester based on the Actual Phase

Wang Zhi
（Dongguan Power Supply Bureau，Dongguan，Guangdong523000）

This paper introduces the new method of arrester charged test now in Dongguan Power Supply Bureau，and through the leakage current and resistive component testing，successfully found a lightning protector defects. The example is given to illustrate the new method can achieve the effect to find the defect without equipment power outage，to further validate the use of arrester charged test is feasible to replace the traditional power failure preventive test.

MOA； arrester charged test； leakage current； resistive component

王植（1987-），男，廣東東莞人，本科，助理工程師，主要從事高電壓試驗(yàn)工作及試驗(yàn)技術(shù)研究。