一種避雷器泄漏電流測(cè)試輔助工具設(shè)計(jì)與研究

程現(xiàn)鐵，杜坤坤，李 斌，國(guó) 翠，張澤萌

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 272000）

0 引言

避雷器交接和例行試驗(yàn)均需要對(duì)1 mA直流參考電壓U1mA及0.75U1mA直流參考電壓下的泄漏電流進(jìn)行測(cè)試，這是因?yàn)檫@2個(gè)參數(shù)表明了避雷器特性曲線是否符合要求。直流泄漏電流是表征避雷器絕緣性能的重要特性參數(shù)，直流泄漏電流異常變化應(yīng)引起重視，需要對(duì)避雷器的安全性能進(jìn)行考慮［1］。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行1 mA下直流參考電壓和0.75U1mA下的直流泄漏電流測(cè)試時(shí)，受現(xiàn)場(chǎng)空間狹小、人員無(wú)法接近等條件限制，試驗(yàn)人員通常是把高壓測(cè)試線固定在絕緣桿頂部的金屬鉤上，然后用金屬鉤鉤住避雷器的頂部，高壓測(cè)試線先順著絕緣桿下來再接入泄漏表頭，這種情況下高壓測(cè)試線與避雷器外殼呈現(xiàn)一定的夾角，通常這個(gè)夾角小于60°，如圖1所示。高壓引線與避雷器外殼有一定的距離，但由于有夾角的原因?qū)е戮嚯x不夠，會(huì)對(duì)泄漏電流的測(cè)試造成影響［2］。另外在使用絕緣桿換相測(cè)量時(shí)，需要重新將高壓測(cè)試線固定，甚至需要搬動(dòng)試驗(yàn)儀器，會(huì)降低工作效率。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)用高效的輔助工具，可以大大提高避雷器泄漏電流測(cè)試值的精度，使試驗(yàn)更高效，具有重大的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

圖1 使用絕緣桿測(cè)試原理

1 影響避雷器直流泄漏電流的因素

如表1所示，使用傳統(tǒng)絕緣桿進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)泄漏電流測(cè)試值并與歷史值進(jìn)行比較，測(cè)得的平均泄漏電流初值差為132%，而《輸變電狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)氧化鋅避雷器要求0.75U1mA下的直流泄漏電流初值差≤30%［3］，采用其他方法可判定避雷器本體無(wú)異常，主要是測(cè)試方法造成直流泄漏電流初值差超標(biāo)，改進(jìn)試驗(yàn)方法降低避雷器直流泄漏電流測(cè)試誤差成為需要解決的問題。

表1 避雷器泄漏電流試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

影響避雷器直流泄漏電流測(cè)試值大小的因素除了避雷器本身好壞，其他因素主要有溫濕度、避雷器表面污穢，高壓測(cè)試線等［4-5］，溫濕度符合要求才可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)且試驗(yàn)結(jié)果換算到t=25℃，h=70%，以便進(jìn)行比較。避雷器表面存在污穢時(shí)先進(jìn)行擦拭再進(jìn)行試驗(yàn)，所以表面污穢不是影響測(cè)試結(jié)果的主要因素。高壓測(cè)試線的走線對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。通常情況下，高壓測(cè)試線暴露在空氣中，對(duì)大地、絕緣桿和相鄰設(shè)備有一些表面泄漏電流、雜散電流流過，這些雜散電流及表面泄漏電流較大影響測(cè)試結(jié)果。為減小雜散電流的影響，將高壓引線與避雷器外殼成垂直角度并盡可能拉大高壓引線與避雷器外殼之間的距離可減小雜散電流影響，使測(cè)試值盡可能接近避雷器本體泄漏電流值，是有效改進(jìn)測(cè)試準(zhǔn)確性的方法［6-7］。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)泄漏電流測(cè)試值隨避雷器與本體夾角的增大而減小，圖2所示為某變壓器110 kV避雷器泄漏電流在不同夾角下的測(cè)試值。因此制作輔助工具使高壓測(cè)試線與避雷器本體成垂直角度成為需要解決的問題。

圖2 泄漏電流在不同夾角下測(cè)試值

2 輔助工具的設(shè)計(jì)制作

2.1 輔助工具設(shè)計(jì)方案比選

多種方案均可使高壓測(cè)試線與避雷器本體夾角達(dá)到90°，如在原絕緣桿上制作分叉結(jié)構(gòu)、制作直立可伸縮工具、制作避雷器專用卡箍、使用磁鐵配合絕緣桿等，使用磁鐵配合絕緣桿等方案因適用范圍小、難于實(shí)現(xiàn)、安全性差而被放棄，初步確定3種方案進(jìn)行比選，如圖3所示。

方案1：在原絕緣桿上制作分叉結(jié)構(gòu)，用分叉結(jié)構(gòu)支撐測(cè)試線，通過調(diào)整分叉結(jié)構(gòu)的角度和長(zhǎng)度使高壓引線與避雷器本體成所需的角度。

方案2：制作直立可伸縮輔助測(cè)試工具，通過調(diào)整工具的高度和方向，使高壓引線與避雷器達(dá)到所需角度。

方案3：制作避雷器專用卡箍，用絕緣桿將卡箍固定在避雷器加壓處，卡箍的水平延長(zhǎng)部分起到支撐高壓引線的目的。

圖3 3種方案示意

對(duì)每一項(xiàng)方案從有效性、簡(jiǎn)便性、安全性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，方案 2 具有控制測(cè)試夾角在（90°±5°）內(nèi)、制作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此直立可伸縮設(shè)計(jì)方案成為最終選擇方案。

2.2 輔助工具的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的輔助工具的組成部分主要是支撐底座、絕緣桿和絕緣橫桿3部分，如圖4所示，支撐底座起到支撐的作用，并可使用螺栓將絕緣桿固定使其豎直，豎直的絕緣桿高度可以調(diào)節(jié)，最高可調(diào)節(jié)至避雷器頂部位置，絕緣橫桿可使用螺栓固定在絕緣豎桿頂部位置，并與絕緣豎桿呈垂直角度，其四角有4個(gè)擋片起到固定高壓測(cè)試線的作用。

圖4 輔助工具構(gòu)造

2.3 輔助工具的制作

支撐底座由圓形鋼底板和鋼立管組成，如圖5所示，圓形鋼底板的直徑為45 cm，厚度為0.8 cm，鋼立管的外徑4.2 cm，管壁厚0.3 cm，內(nèi)徑稍大于絕緣豎桿的外徑，鋼立管的長(zhǎng)度為24 cm。用電焊機(jī)將圓形鋼底板和鋼立管焊接在一起，為保證支撐效果，鋼立管應(yīng)在底板正中心，且鋼立管與鋼底板呈90°夾角，在距離鋼底板8cm處鉆孔，安裝配套螺栓，用來固定絕緣豎桿，完成了全部支撐底座的制作。

圖5 輔助工具的制作

絕緣豎桿采用現(xiàn)有的220 kV的驗(yàn)電棒制作而成，驗(yàn)電棒共6節(jié)，伸縮回來最短90 cm，易于攜帶，伸展開最大長(zhǎng)度為4.9 m，符合一般試驗(yàn)測(cè)試要求。取下頂端驗(yàn)電裝置，匹配相應(yīng)螺絲，制作成了絕緣豎桿。

絕緣橫桿使用材料為0.5 cm厚的環(huán)氧樹脂板，水平支撐板的大小為42 cm×8 cm，固定走線的4個(gè)擋片大小為7.5 cm×7.2 cm，使用鋁合金金屬片和鉚釘將水平支撐板和擋片鉚接起來，為使裝配起來牢固，在絕緣橫桿的中心位置鉆出相應(yīng)大小的螺栓孔，整個(gè)絕緣橫桿制作完成。

2.4 輔助工具的組裝和試驗(yàn)

如圖6所示，組裝時(shí)，絕緣桿將豎直插入支撐底座中，并用固定螺栓固定，在絕緣桿頂部將絕緣橫桿用螺栓固定使絕緣橫桿與絕緣桿成90°夾角，安裝后絕緣桿呈豎直方向，絕緣橫桿呈水平方向。

輔助工具組裝后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)符合要求。對(duì)輔助工具本體加壓測(cè)試輔助工具本體的泄漏電流，泄漏電流為0.5 μA，符合規(guī)程要求，經(jīng)批準(zhǔn)投入實(shí)際工作中。

測(cè)試時(shí)，將組裝好的輔助工具放置在合適位置，將測(cè)試引線放入絕緣橫桿的線槽內(nèi)，將絕緣豎桿向上延伸至與避雷器頂部齊平，使高壓引線呈水平，這樣保證了測(cè)試線與避雷器夾角為90°。

圖6 使用輔助工具測(cè)試原理

3 輔助工具的應(yīng)用分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)220 kV某變電站110 kV線路金屬氧化鋅避雷器做泄漏電流試驗(yàn)，如圖7所示，使用傳統(tǒng)方法舊式絕緣桿和新式輔助工具分別測(cè)量，可看出輔助工具固定牢靠、不易傾倒，絕緣桿向上可伸展至與避雷器頂端水平的位置，底座的支撐和固定保證絕緣桿的豎直和絕緣橫桿的水平，保證測(cè)試引線與避雷器夾角為90°。對(duì)2種測(cè)試方法，重復(fù)測(cè)試 5次，取平均值，測(cè)試結(jié)果如圖8所示（測(cè)試時(shí)溫度、濕度已折算到t=25℃，h=70%）。

圖7 某變電站使用2種方法測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

圖8 某變電站使用2種方法測(cè)試結(jié)果

由圖8可以看出，傳統(tǒng)工具測(cè)出的泄漏電流大于20 μA，使用輔助工具后測(cè)得的泄漏電流值為10 μA左右，有較大程度減小，符合規(guī)程要求，初步說明輔助工具取得良好測(cè)試效果。

后期使用輔助工具對(duì)更多避雷器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5所示，可以看出初值差降低到20%左右，并且使用輔助工具后，測(cè)得初值差穩(wěn)定性較好。如圖9所示，經(jīng)統(tǒng)計(jì)初值差由原來傳統(tǒng)方法測(cè)得的132%降低為21%，符合初值差≤30%的要求，說明制作的輔助工具取得良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

表5 使用輔助工具測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖9 傳統(tǒng)方法和使用輔助工具測(cè)得初值差對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)方法使用絕緣桿測(cè)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)試驗(yàn)誤差，這對(duì)避雷器狀態(tài)評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤判斷，需要耗費(fèi)人力財(cái)力物力去更換沒有問題的避雷器，而當(dāng)避雷器出現(xiàn)問題時(shí)使用傳統(tǒng)工具無(wú)法正常判斷造成遺漏，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行留下隱患，一旦出現(xiàn)過電壓避雷器無(wú)法正常工作就會(huì)損壞正常運(yùn)行的電力設(shè)備。另外試驗(yàn)人員需要花費(fèi)較多時(shí)間排除測(cè)試線對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，影響試驗(yàn)工作的正常開展，降低了工作效率。輔助工具可以保證測(cè)試線與避雷器外殼成垂直角度，提高了測(cè)試精度，將泄漏電流初值差降低到30%以下，避免因人為因素造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，提高了泄漏電流測(cè)試的可靠度和工作效率，確保避雷器狀態(tài)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，節(jié)約人力財(cái)力物力，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。