避雷器帶電測(cè)試有效性分析

劉宇

1.前言

7月17日某供電局110kV謨復(fù)線線故障跳閘，經(jīng)查為110kV謨復(fù)線A相避雷器故障導(dǎo)致。停運(yùn)后通過(guò)對(duì)110kV謨復(fù)線A相避雷器解體發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有潮氣進(jìn)入，閥片連接組件有明顯銹蝕痕跡，整支避雷器已不可運(yùn)行。事后通過(guò)調(diào)取了該避雷器近三年的帶電試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)避雷器帶電測(cè)試全電流及阻性電流較為穩(wěn)定，無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》（Q/CSG1206007-2017）的要求，該帶電試驗(yàn)未能反映避雷器實(shí)際狀況，故本文對(duì)各種避雷器帶電測(cè)試方法有效性進(jìn)行了分析，并給出了相關(guān)建議。

2.事件概況

某供電局110kV謨復(fù)線線路故障，兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障選相A相。運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)110kV謨復(fù)線A相避雷器有燒傷痕跡。7月17日，停電后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：110kV謨復(fù)線A相避雷器頂部與底部壓力釋放口的蓋板皆被內(nèi)部放電能量沖開(kāi)，A相在線監(jiān)測(cè)器已被燒毀，外觀破裂，經(jīng)試驗(yàn)不合格，不可使用。

解體檢查發(fā)現(xiàn)A相避雷器上部?jī)?nèi)部的硅膠已全部變色，防爆膜動(dòng)作，說(shuō)明其內(nèi)部潮氣過(guò)大且有放電現(xiàn)象。拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)蓋板處沒(méi)有密封膠墊，會(huì)造成其內(nèi)部密封性不良。該避雷器年度帶電測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示，數(shù)據(jù)表明帶電測(cè)試無(wú)異常。

3.避雷器帶電試驗(yàn)方法分析

3.1全電流法

全電流法采用電流表測(cè)試避雷器接地引下線的接地電流（泄漏電流、阻性電流、容性電流），該方法簡(jiǎn)單易行。但阻性電流占引下線的接地電流比例很小的，即使阻性電流已明顯增加全電流變化也并不顯著，故該方法靈敏度很低，只有在MOA嚴(yán)重受潮或老化的情況下才能檢測(cè)出異常。

3.2阻性電流基波法

該方法是在測(cè)量各相MOA全電流的同時(shí)，測(cè)取PT二次側(cè)的電壓，然后將電壓和電流信號(hào)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到電壓和電流基波分量的幅值和相位，將基波電流在基波電壓上投影就可得到阻性電流的基波分量。

3.3三次諧波法（無(wú)電壓參考量）

由于三次諧波法未取電壓信號(hào)，無(wú)法知道電壓相位。故三次諧波法的理論依據(jù)是認(rèn)為在標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓作用下，由于避雷器閥片電阻的非線性，導(dǎo)致避雷器閥片中流過(guò)的阻性電流是畸變的，其與標(biāo)準(zhǔn)正弦波的容性電流合成得到的全電流。在全電流中會(huì)得到兩個(gè)峰值，第二峰值出現(xiàn)的時(shí)刻即為電壓的峰值時(shí)刻，其與全電流峰值時(shí)刻的相角差即為全電流與母線電壓的相位差值。

從理論上來(lái)說(shuō)，三次諧波法原理成立需以下幾個(gè)條件：①母線電壓不含有諧波分量，即全電流中三次諧波分量?jī)H僅來(lái)源于避雷器閥片電阻的非線性;②避雷器閥片有明顯的非線性特性。而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量中，母線電壓通常含有明顯的三次諧波分量，同時(shí)在運(yùn)行電壓作用下避雷器閥片的非線性特性并不是那么明顯，這些因素都會(huì)對(duì)三次諧波法的可靠性造成影響。

3.4容性電流補(bǔ)償法

該方法是用PT二次側(cè)的電壓信號(hào)來(lái)補(bǔ)償容性電流分量，進(jìn)而得到阻性電流，其主要原理是在測(cè)量電流的同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的電壓，利用電壓信號(hào)消除總電流中的容性分量。

該方法的思想就是利用阻性電流和容性電流的正交性原理，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)G達(dá)到平衡條件：

02 us0（i0 GUs0）d（ t） 0

u是外加電壓移相90°后得的，即與容性電流ic同相位。這樣當(dāng)容性電流完全補(bǔ)償?shù)魰r(shí)，（i0-GUso）就是ir，即阻性電流分量為iR=i0-GUs0。但阻性電流峰值會(huì)受電壓諧波影響，且兩邊相受電磁干擾，會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。

3.5波形分析法

在基波法的基礎(chǔ)上運(yùn)用傅里葉變換對(duì)同步檢測(cè)到的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行波形分析，獲得電壓和阻性電流各次諧波的幅值和相角，計(jì)算得出阻性電流基波分量及各次諧波分量，彌補(bǔ)了基波法完全忽略阻性電流高次諧波的影響。同時(shí)該方法能夠得到電壓信號(hào)的諧波分量，從而考慮電壓諧波造成的影響，綜合分析得到正確的結(jié)論。

目前，無(wú)論是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還是電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也未制定避雷器帶電測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及Q/CSG1206007-2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》[1]，均僅要求對(duì)運(yùn)行電壓下的全電流、阻性電流或功率損耗進(jìn)行測(cè)量，并與初始值進(jìn)行比較判斷，未提出對(duì)避雷器帶電試驗(yàn)方法做出明確要求。目前，僅國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW11369-2014《避雷器泄漏電流帶電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則》[2]，對(duì)試驗(yàn)原理和方法等作出了規(guī)定。通過(guò)各種技術(shù)比較，該導(dǎo)則推薦使用波形分析法進(jìn)行避雷器帶電測(cè)試。同時(shí)可以看出，采取無(wú)電壓參考量的測(cè)量方法，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，不推薦使用。

4.避雷器帶電測(cè)試誤差因素分析

4.1瓷套外表面受潮污穢的影響

瓷套外表面潮濕污穢引起的泄漏電流，如果不加屏蔽會(huì)進(jìn)入測(cè)量?jī)x器，會(huì)使測(cè)量結(jié)果偏大。

4.2溫度對(duì)金屬氧化物避雷器泄漏電流的影響

由于金屬氧化物避雷器的氧化鋅電阻片在小電流區(qū)域具有負(fù)的溫度系數(shù)及金屬氧化物避雷器內(nèi)部空間較小，散熱條件較差，加之有功損耗產(chǎn)生的熱量會(huì)使電阻片的溫度高于環(huán)境溫度。這些都會(huì)使金屬氧化物避雷器的阻性電流增大[3]。因此在進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的縱向比較時(shí)應(yīng)充分考慮該因素。

4.3濕度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

濕度比較大的情況下，一方面會(huì)使金屬氧化物避雷器瓷套的表面泄漏電流明顯增大，同時(shí)引起金屬氧化物避雷器內(nèi)部閥片的電位分布發(fā)生變化，使芯體電流明顯增大，嚴(yán)重時(shí)芯體電流增大1倍左右，瓷套表面電流會(huì)成幾十倍增加。

4.4相間干擾的影響

對(duì)于一字排列的三相金屬氧化物避雷器，在進(jìn)行泄漏電流帶電檢測(cè)時(shí)，由于相間干擾影響，A、C相電流相位都要向B相方向偏移，一般偏移角度2°～4°左右，這導(dǎo)致A相阻性電流增加，C相變小甚至為負(fù)。相間干擾是固定的，采用歷史數(shù)據(jù)的縱向比較，仍能較好地反映金屬氧化物避雷器運(yùn)行情況。

5.結(jié)論與建議

全電流法靈敏度很低，只能檢測(cè)出嚴(yán)重受潮或老化避雷器，不推薦使用。采取無(wú)電壓參考量的測(cè)量方法，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，不推薦使用。推薦使用波形分析法或阻性電流基波法開(kāi)展避雷器帶電測(cè)試，對(duì)于敞開(kāi)式設(shè)備，推薦使用無(wú)線感應(yīng)板法獲取電壓信號(hào)。針對(duì)目前現(xiàn)狀，僅能開(kāi)展三次諧波法（即無(wú)PT法）帶電試驗(yàn)的單位，該試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅做參考，不應(yīng)作為判斷避雷器狀態(tài)的依據(jù)，建議按照Q/CSG1206007-2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》開(kāi)展周期停電試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程（Q/CSG1206007-2017）[S].南方電網(wǎng)公司，

2017.

[2]避雷器泄漏電流帶電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則（Q/GDW11369-2014）

[S].國(guó)家電網(wǎng)公司，2014.

[3]電氣試驗(yàn)[M].中國(guó)電力出版社，2017.