不同情況下氧化鋅避雷器阻性電流的在線監(jiān)測研究

李寧+++方瓊+++呂靜志+++馬毅東+++單大鵬

摘 要：文章以電壓為參考信號，分別對純臟污、帶水臟污、表面多水、少水等不同情況的氧化鋅避雷器進行阻性電流在線監(jiān)測研究，根據(jù)泄露電流與參考信號的相位差，提取阻性成分，分析避雷器外表面不同情況下阻性電流的變化。文章研究結(jié)果可以為變電站氧化鋅避雷器設(shè)備的運行和維護提供參考。

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器；泄露電流；阻性電流；在線監(jiān)測

本文對不同情況下的氧化鋅避雷器進行了在線監(jiān)測研究。以電壓信號為參考，根據(jù)泄露電流與參考電壓之間的相位關(guān)系確定泄露電流的阻性部分。針對氧化鋅避雷器的工作原理和具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計避雷器阻性電流檢測實驗平臺?；贚abview平臺設(shè)計阻性電流檢測和分析軟件，實現(xiàn)全電流顯示、阻性電流分流、全電流、阻性電流最大值顯示和數(shù)據(jù)存儲，完成對氧化鋅避雷器阻性電流的監(jiān)測。在實驗過程中改變避雷器外表面復(fù)合絕緣子表面臟污狀態(tài)，分析表面狀態(tài)變化對全電流、阻性電流的影響規(guī)律。對避雷器進行表面人工淋水試驗，分析表面水份對全電流及阻性電流的影響。依據(jù)上述實驗結(jié)果可對氧化鋅避雷器的運行和維護方案提供參考，具有一定的實踐意義和工程價值。

1 實驗設(shè)置

1.1 阻性電流的提取方法

氧化鋅避雷器主要結(jié)構(gòu)由氧化鋅閥片組成的，其等值電路如圖1所示。在電路中，R0表示由氧化鋅閥片的線性電阻，R表示氧化鋅閥片的非線性電阻，C0為氧化鋅閥片的電荷電容與位移極化電容之和，Cl-Rl、C2-R2則分別代表兩個有損極化過程的吸收支路，L表示氧化鋅閥片的本體電感。

本文所做研究以圖2所示簡化模型為依據(jù)，通過確定泄漏電流與所施加交流電壓間的相位關(guān)系來分離阻性電流，即利用電壓信號作為參考提取阻性電流。

氧化鋅電阻是一個非線性電阻，阻性電流波形和全電流波形并不是準確的正弦波。所以需要通過非線性的電容流過的容性電流來得到阻性電流的波形及其關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過接地引線上采集總泄漏電流i已知，總泄露電流的幅值和在避雷器的高壓、接地端子間施加交流電壓與總泄露電流相角差可以確定泄露電流的容性部分ic，根據(jù)總泄露電流與容性和阻性部分之間的關(guān)系即可以確定阻性部分iR。

1.2 試樣選取

本文所做氧化鋅避雷器阻性電流在線監(jiān)測的實驗根據(jù)實驗條件的不同總共分為三組：

（1）10kV外表面復(fù)合絕緣子干凈的避雷器。包括表面泄露電流和不包括泄露電流兩種情況。不包括表面泄露電流的情況利用銅箔纏繞避雷器表面將表面泄露電流采集前接入大地。

（2）10kV外表面復(fù)合絕緣子表面臟污狀態(tài)避雷器。根據(jù)臟污的不同分為兩組，分別是純臟污狀態(tài)和帶水臟污狀態(tài)。

（3）10kV外表面復(fù)合絕緣子表面人工淋水避雷器。根據(jù)水分的多少分為兩組，分別是少量人工淋水和大量人工淋水兩種情況。

1.3 測量步驟

針對氧化鋅避雷器的工作原理和具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計避雷器阻性電流檢測實驗平臺。平臺包括交流高壓試驗電源、阻容分壓器、高速數(shù)字存儲示波器、高速數(shù)據(jù)采集卡、PC機等主要部件。通過在避雷器的高壓、接地端子間施加交流電壓，使避雷器工作在正常運行狀態(tài)，在接地引線上采集泄漏電流，根據(jù)泄漏電流與所施加交流電壓間的相位關(guān)系，分離阻性電流。利用萬用表測量采集泄露電流的電阻和參考電壓信號的降壓電阻。程序運行前需進行相位補償，選定實驗條件和測量波形數(shù)及存儲位置后施加電壓。10kV為避雷器額定工作電壓（線電壓有效值），本研究對避雷器進行單相實驗，所加電壓為相電壓，即■kV。規(guī)定時間后，程序終止運行，關(guān)閉避雷器供電電源。

采用基于Labview設(shè)計的軟件平臺對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，軟件可實現(xiàn)全電流顯示、阻性電流分流、全電流、阻性電流最大值顯示和數(shù)據(jù)存儲。

2 結(jié)果與討論

圖3為實驗條件下，氧化鋅避雷器在正常的工作電壓下其泄漏電流及其容性和阻性部分的波形?？傂孤峨娏饔扇菪圆糠趾妥栊圆糠纸M成。避雷器電容可以近似看為良好的線性電容，故泄露電流的容性部分為正弦。避雷器的電阻為非線性電阻，隨著電流的增加，電壓增加量減少，故總泄露電流的阻性部分不是正弦波形。避雷器正常運行狀態(tài)下，阻性電流僅占全泄露電流的5%-20%。

表1為六種不同情況下氧化鋅避雷器全泄露電流和阻性電流的最大值及阻性電流占全泄露電流百分比。由表中數(shù)據(jù)可知，避雷器復(fù)合絕緣子外表面狀態(tài)變化會影響全泄露電流和阻性電流的變化，阻性電流變化比全泄露電流更加明顯。

對于干凈避雷器而言，避雷器表面泄露電流對其全泄露電流和阻性電流影響很小。對于表面臟污和淋水的氧化鋅避雷器，對比干凈避雷器結(jié)果可知，氧化鋅避雷器表面受到臟污和水分影響時，其全泄露電流和阻性電流均會增加，這表明表面臟污和淋水均是影響避雷器阻性電流的重要因素，且表面淋水的避雷器電流更大，說明水分因素比臟污對避雷器的影響更大。表面臟污的情況下，表面有帶水臟污的避雷器全泄露電流和阻性電流更大，大量淋水的避雷器電流大于少量淋水的試樣，說明水分對于避雷器泄露電流和阻性電流的影響十分明顯。阻性電流占全泄露電流的百分比在有臟污和淋水的情況下也明顯變大，且水分越多，占比越高，但阻性電流占全泄露電流的百分比仍在5%-20%以內(nèi)，氧化鋅避雷器仍然處于正常的工作狀態(tài)。

本文中除第一組中的不含表面泄露電流的情況實驗外，其他關(guān)于氧化鋅避雷器阻性電流的測量均是在含有表面泄露電流的情況進行的，在進一步的數(shù)據(jù)處理中不考率第一組中的不含表面泄露電流的情況。根據(jù)下式

其中，I1為干凈避雷器包含表面泄露電流、In為其他幾種情況，可以計算出不同情況下全泄露電流和阻性電流的增長率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧化鋅避雷器表面狀態(tài)的變化會引起全泄露電流的和阻性電流的增加，且阻性電流的增加的比全泄露電流更加明顯，因此，在氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測中，對阻性電流的監(jiān)測對于確定氧化鋅避雷器的運行狀態(tài)更為容易和簡單。表面臟污的情況下，有帶水臟污的避雷器電流增長率較大，而表面淋水的避雷器中，大量淋水時避雷器的電流增長率要遠遠大于少量淋水的情況，此結(jié)果說明水分對氧化鋅避雷器的全泄露電流和阻性電流的影響較大，與上文所述結(jié)果相符。因此，在氧化鋅避雷器的運行維護中，對于表面水分的處理十分重要。

上述各種情況下雖然避雷器的阻性電流有所增加，但避雷器仍然處于正常工作狀態(tài)。因此僅通過偶然阻性電流的測量以及單一通過阻性電流值增長并不能夠確定氧化鋅避雷器一定需要進行維修或更換。但在氧化鋅避雷器的運行過程中，避雷器阻性電流的增加會導(dǎo)致氧化鋅電阻溫度增加，使氧化鋅避雷器閥片發(fā)熱，若閥片長期處于發(fā)熱狀態(tài)下，將會導(dǎo)致氧化鋅避雷器的損壞和劣化。故需要對阻性電流的持續(xù)監(jiān)測，觀測避雷器阻性電流的變化情況以及其占全泄露電流百分比以確定氧化鋅避雷器的狀態(tài)，保證其安全穩(wěn)定運行。

3 結(jié)束語

本文對不同情況下的氧化鋅避雷器進行了全泄露電流和阻性電流檢測，結(jié)果表明不同狀態(tài)下氧化鋅避雷器的全泄露電流和阻性電流變化情況不同，且避雷器外表水分對于避雷器全泄露電流和阻性電流的影響較大。為了通過氧化鋅避雷器阻性電流的監(jiān)測正確判斷避雷器的運行狀態(tài)，要盡量減小水分的影響。為了更好的確定電力系統(tǒng)中避雷器運行正常，保證電力系統(tǒng)可靠運行，要對避雷器進行定期的在線監(jiān)測。監(jiān)測過程盡量減小水分的影響，最好在晴朗干燥的天氣完成對避雷器阻性電流的在線監(jiān)測，保證測量結(jié)果對避雷器運行狀態(tài)的可靠判斷。

參考文獻

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

[2]何金良，屠幼萍.氧化鋅非線性電阻的等效計算模型[J].高壓電器，1998（6）：50-54.

[3]孫雨耕.電路基礎(chǔ)理論[M].高等教育出版社，2011.112-115.

[4]C.A.Christodoulou1.M.V.Avgerinos1 L. Eko

nomou2. I.F. Gonos1.Measurement of the resistive leakage current in surge arresters under artificial rain test and impulse voltage subjection[J].IET Sci. Meas. Technol.，2009，Vol.3，Iss.3，pp.256-262.