氧化鋅避雷器泄漏電流不拆線測(cè)試方法

張習(xí)建

(云南電網(wǎng)公司大理供電局，云南 大理 671000)

氧化鋅避雷器泄漏電流不拆線測(cè)試方法

張習(xí)建

(云南電網(wǎng)公司大理供電局，云南 大理 671000)

介紹氧化鋅避雷器泄漏電流試驗(yàn)原理、500 kV避雷器現(xiàn)行測(cè)試方法、介紹一種不拆線的方法來(lái)完成試驗(yàn)。

避雷器；泄漏電流；不拆線

1 氧化鋅避雷器泄漏電流試驗(yàn)原理

氧化鋅避雷器由氧化鋅閥片串聯(lián)組成，沒(méi)有火花間隙和并聯(lián)電阻。閥片的電阻值和電流有關(guān)，電流大時(shí)閥片電阻小，電流小時(shí)閥片電阻大。氧化鋅閥片和碳化硅閥片的非線性關(guān)系如圖1所示，在運(yùn)行電壓U1下，閥片相當(dāng)于一個(gè)很大的電阻，閥片中的流過(guò)很小的電流I1；而當(dāng)雷電流I流過(guò)閥片時(shí)，它又相當(dāng)于一個(gè)很小的電阻，維持一定的殘壓U2，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用。我們測(cè)量其直流電壓U1mA和0.75U1mA下的泄漏電流的目的是為了檢查其非線性特性及絕緣性能。

圖1 氧化鋅閥片 (ZnO)和碳化硅 (SiC)閥片的非線性關(guān)系

2 原有試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)接線前，需要將導(dǎo)線巴掌與被試品即避雷器的上端 (非接地端)連接點(diǎn)解開(kāi)如圖2所示，使避雷器獨(dú)立開(kāi)來(lái)，并與其保持一定的安全距離。

圖2 需要解開(kāi)的連接點(diǎn)在一次接線圖中位置

2.1 220 kV避雷器現(xiàn)行測(cè)試方法

220 kV避雷器一般分為上下兩節(jié)，測(cè)試之前首先解開(kāi)避雷器上端的高壓引流導(dǎo)線，使避雷器獨(dú)立開(kāi)來(lái)，用一根短接線把下節(jié)避雷器及在線監(jiān)測(cè)裝置和計(jì)數(shù)器短接起來(lái)，接上微安表、高壓直流發(fā)生器、控制箱就可以對(duì)上節(jié)避雷器進(jìn)行測(cè)試。如圖3所示。測(cè)試完上節(jié)避雷器之后，按照?qǐng)D4的接線方式就可以測(cè)試下節(jié)避雷器 (以下所有圖中均未標(biāo)示出計(jì)數(shù)器)。

圖3 上節(jié)避雷器測(cè)試圖

圖4 下節(jié)避雷器測(cè)試圖

2.2 500 kV避雷器現(xiàn)行測(cè)試方法

500 kV避雷器一般分為上、中、下三節(jié)，測(cè)試之前首先解開(kāi)避雷器上端的高壓引流導(dǎo)線，使避雷器獨(dú)立開(kāi)來(lái)，用一根短接線把中、下兩節(jié)避雷器及在線裝置和計(jì)數(shù)器短接起來(lái)，并在短接線上接入微安表2，再接上微安表1、高壓直流發(fā)生器、控制箱就可以對(duì)上節(jié)避雷器進(jìn)行測(cè)試。如圖5所示。測(cè)試完上節(jié)避雷器之后，按照?qǐng)D6、圖7的接線方式就可以測(cè)試中、下節(jié)避雷器，其中，微安表1為高壓側(cè)微安表；微安表2為被測(cè)試避雷器低壓側(cè)微安表。

圖5 上節(jié)避雷器測(cè)試圖

圖6 中節(jié)避雷器測(cè)試圖

圖7 下節(jié)避雷器測(cè)試圖

上述則是現(xiàn)行普遍的測(cè)試方法，這種拆解導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)的方法具有干擾小，測(cè)量精確的特點(diǎn)，被廣泛采用。然而，這種拆解導(dǎo)線的方法也有以下弊端：

1)220 kV、500 kV避雷器相對(duì)于110 kV避雷器來(lái)說(shuō)，高壓引流導(dǎo)線更高、更粗、更長(zhǎng)、更重，需要用高空作業(yè)車(chē)配合檢修人員進(jìn)行解、接高壓引流導(dǎo)線，延長(zhǎng)了試驗(yàn)停電時(shí)間；

2)在非全站停電時(shí)設(shè)備上的感應(yīng)電壓高，工作人員經(jīng)常遭受感應(yīng)電擊，給工作人員造成傷害；

3)恢復(fù)已拆解的引流導(dǎo)線接頭時(shí)，因接頭接觸不良引起接頭發(fā)熱，給設(shè)備安全運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。這些弊端都是因?yàn)椴鸾鈱?dǎo)線引起的，所以要在保證精確度的條件下探索一種不拆線的方法來(lái)試驗(yàn)。

2.3 可行性分析

分別以220 kV避雷器、500 kV避雷器為例子進(jìn)行理論計(jì)算分析，探索不拆線試驗(yàn)方法的可行性以及最佳的試驗(yàn)方式。每節(jié)避雷器都有各自的非線性特性，為了方便分析，把它的特性等效為阻抗，那么U1mA值大的等效的阻抗就大，U1mA值小的等效的阻抗就小。把上節(jié)、中節(jié)、下節(jié)避雷器的等效阻抗分別表示為 Z上節(jié)、Z中節(jié)、Z下節(jié)。圖中的PA1為高壓側(cè)微安表、PA2為下節(jié)低壓側(cè)微安表、PA3為上節(jié)低壓側(cè)微安表，PA4為測(cè)試中節(jié)避雷器時(shí)與它對(duì)應(yīng)的低壓側(cè)微安表。

2.4 220 kV避雷器分析

2.4.1 B點(diǎn)加壓

由于避雷器下端的基座絕緣強(qiáng)度達(dá)不到所加電壓的強(qiáng)度，B點(diǎn)直接不能加壓。

2.4.2 A點(diǎn)加壓

圖8 220kV避雷器測(cè)試圖

首先，把計(jì)數(shù)器短接接地。如果Z上節(jié)=Z下節(jié)，在微安表讀數(shù)為2 000 μA時(shí)，那么控制箱上的電壓U=U上節(jié)1mA并非等于 U下節(jié)1mA，0.75U1mA下的泄漏電流Ig上節(jié)也未必等于Ig下節(jié)=I/2(I為微安表上電壓讀數(shù))。因?yàn)閮芍槐芾灼鞯姆蔷€性特性完全一樣的情況很少，即使出廠時(shí)一樣，經(jīng)過(guò)運(yùn)行一定時(shí)間后，非線性特性可能就不一樣了。如果加壓一直等微安表電流達(dá)到2 000 μA時(shí)，必然有一只避雷器的泄漏電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 000 μA了，甚至該電壓值已經(jīng)達(dá)到了放電電壓值，所以加壓2 000μA的做法不僅測(cè)不出準(zhǔn)確的結(jié)果還會(huì)傷害我們的試驗(yàn)設(shè)備。

當(dāng)微安表上指示為1 000 μA時(shí)，如果有一只避雷器受潮或者絕緣劣化，那么微安表記錄的電流值中絕大部分包含的是受潮避雷器的泄漏電流值，0.75U1mA下的泄漏電流也肯定會(huì)超出合規(guī)程要求，一定程度上能判斷上、下節(jié)避雷器是否受潮或者絕緣劣化；如果兩節(jié)避雷器都受潮或者都是完好的，那么微安表記錄的電流值大部分是受潮更嚴(yán)重或者直流參考電壓U1mA比較低的那一只避雷器的泄漏電流值，因?yàn)橹绷鲄⒖茧妷旱偷暮褪艹备鼑?yán)重的避雷器，在同樣電壓下，泄漏先達(dá)到電流激增的那個(gè)點(diǎn)。具體直流參考電壓低的和受潮的避雷器的泄漏電流占微安表中1 000 μA的泄漏電流值幾層還需要實(shí)際測(cè)量才可知，如果占了絕大部分的話，可以采用近似的測(cè)試方法：A點(diǎn)加壓至微安表讀數(shù)為1 000 μA，記錄其電壓值U1mA半節(jié)，再切換至0.75U1mA半節(jié)，并讀取泄漏電流值Ig，那么可以近似的認(rèn)為上下節(jié)避雷器的直流1 mA參考電壓都等于U1mA半節(jié)，上下節(jié)避雷器的泄漏電流都等于Ig。由于表中的電流包含了上、節(jié)避雷器的泄漏電流，讀取的電壓值并非某一節(jié)達(dá)到1 mA時(shí)的值，相應(yīng)切換至0.75U1mA時(shí)泄漏電流值也是小于真正的泄漏電流，這樣測(cè)試出來(lái)的結(jié)果使得U1mA和Ig都偏小，具體偏小多少有待驗(yàn)證。

圖9 下節(jié)避雷器測(cè)試圖

圖10 上節(jié)避雷器測(cè)試圖

如果Z上節(jié)＞Z下節(jié)，當(dāng)下節(jié)避雷器的泄漏電流達(dá)到1 mA時(shí)，只有少量的電流流過(guò)上節(jié)，則當(dāng)微安表PA2的值為1 000 μA時(shí)，U下節(jié)1mA=U，下節(jié)的0.75U1mA下的泄漏電流則為相應(yīng)電壓下的PA2表上的值Ig下節(jié)=I2=I1-I3，如圖9所示。如果把B點(diǎn)解開(kāi)在A點(diǎn)加壓的話，只能增加下節(jié)避雷器基座絕緣使其能經(jīng)受住U1mA及以上電壓值 (這做起來(lái)很難)。要么A點(diǎn)加壓，在B點(diǎn)與接地點(diǎn)之間加裝一節(jié)避雷器 (其U1mA≧上節(jié)U1mA參考電壓-下節(jié)U1mA參考電壓)和微安表PA2如圖10所示，加裝避雷器后上節(jié)的泄漏電流就能先到達(dá)1 mA，則U上節(jié)1mA=U，上節(jié)的0.75U1mA下的泄漏電流則為相應(yīng)電壓下的PA3表上的值Ig上節(jié)=I3=I1-I2，但在上節(jié)避雷器與大地之間裝設(shè)微安表是很困難的，所以只能靠PA1和PA2來(lái)確定PA3是否達(dá)到1 mA，測(cè)試時(shí)要時(shí)刻注意PA1的值，以防超出量程燒壞儀器和微安表。

如果 Z上節(jié)＜Z下節(jié)，同上述分析可以得出U上節(jié)1mA=U，上節(jié)的0.75U1mA下的泄漏電流則為相應(yīng)電壓下的PA3表上的值Ig上節(jié)I3=I1-I2；由于上節(jié)無(wú)法加裝10 kV的避雷器，所以永遠(yuǎn)都是上節(jié)的泄漏電流先達(dá)到 1 mA，下節(jié)的 U1mA及0.75U1mA下的泄漏電流根本不肯能測(cè)出來(lái)。

2.5 500 kV避雷器理論分析

圖11 上節(jié)避雷器測(cè)試圖

圖12 下節(jié)避雷器測(cè)試圖

2.5.1 上節(jié)測(cè)試

由于上、中、下三節(jié)避雷器的1 mA下直流參考電壓都差不多，那么U上節(jié)1mA＜0.75(U中節(jié)1mA+U下節(jié)1mA)，當(dāng)上節(jié)微安表 PA3的電流值達(dá)到1 000 μA時(shí)，該電壓值即U上節(jié)1mA，但是此電壓值還不足以讓中節(jié)和下節(jié)流過(guò)大量泄漏電流，其值幾乎為0，則I1≈I3，微安表PA3記錄的電流值即為Ig上節(jié)=I3≈I1，如圖11所示。

2.5.2 下節(jié)測(cè)試

根據(jù)上節(jié)同樣的原理，則I1≈I2，微安表PA2記錄的電流值即為Ig下節(jié)=I2≈I1，如圖12所示。

2.5.3 中節(jié)測(cè)試

1) 如果Z上節(jié)＜Z中節(jié)＜Z下節(jié)，短接上節(jié)并接入微安表，就能測(cè)量中節(jié)的U1mA和0.75U1mA下的泄漏電流Ig中節(jié)，如圖13所示：

在A點(diǎn)加壓，上節(jié)被短接后，大部分的泄漏電流通過(guò)PA4流到大地，PA4微安表首先達(dá)到1 000 μA，此時(shí)控制箱上顯示的電壓值即U中節(jié)1mA，微安表PA4記錄的電流值即為Ig中節(jié)=I4；

2) 如果Z下節(jié)＜Z上節(jié)＜Z中節(jié)，短接上節(jié)并接入微安表，在下節(jié)加裝一個(gè)10 kV避雷器就能測(cè)量中節(jié)避雷器，如圖14所示：

圖13 Z上節(jié)＜Z中節(jié)＜Z下節(jié)中節(jié)避雷器測(cè)試

圖14 Z下節(jié)＜Z上節(jié)＜Z中節(jié)中節(jié)避雷器測(cè)試

3) 如果Z下節(jié)＜Z中節(jié)＜Z上節(jié)，那么短接下節(jié)并接入微安表，就能測(cè)量中節(jié)避雷器，如圖15所示：

圖15 Z下節(jié)＜Z中節(jié)＜Z上節(jié)中節(jié)避雷器測(cè)試

綜上可述，除了220 kV避雷器下節(jié)1 mA直流參考電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上節(jié)的1 mA直流參考電壓時(shí)，我們不拆高壓引流線測(cè)試氧化鋅避雷器直流電壓U1mA和0.75U1mA下的泄漏電流只能采用近似測(cè)量法之外，其他的均可以不用拆解高壓引流線進(jìn)行測(cè)試。

3 現(xiàn)行試驗(yàn)方法及結(jié)果對(duì)比

對(duì)同一臺(tái)設(shè)備、儀器分別進(jìn)行拆線和不拆線方法試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。拆線和不拆線方法用同一儀器測(cè)試同一設(shè)備，得出的結(jié)果相差不大。誤差都比較小，說(shuō)明不拆線方法是可以適用的。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備不拆高壓引線電氣試驗(yàn)方法在不降低現(xiàn)有的預(yù)試標(biāo)準(zhǔn)的條件下，準(zhǔn)確地進(jìn)行氧化鋅避雷器直流1 mA電壓U1mA和0.75 U1mA下的泄漏電流試驗(yàn)項(xiàng)目，并達(dá)到了預(yù)期的效果，可替代拆線試驗(yàn)。減少了停電時(shí)間和檢修工作量，提高工作效率。但是當(dāng)泄漏電流值超過(guò)40時(shí)，還是選擇拆線的方法，下一步將研究如何減小不拆線方法中的雜散電流和誤差，使試驗(yàn)結(jié)果更精確。

[1] 陳天翔，王寅仲，海世杰.電氣試驗(yàn) (第二版).中國(guó)電力出版社.2008；

[2] 國(guó)家電力監(jiān)督委員會(huì)電力業(yè)務(wù)資質(zhì)管理中心編寫(xiě)組.電工進(jìn)網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材特種類(lèi)高壓試驗(yàn)專業(yè) (2012版).浙江人民出版社 中電報(bào)(北京音像出版社).2013.1。

Discussion on Leakage Current Test Method without Remove Drainage Wires for Zinc Oxide Arrester

ZHANG Xijian
(Yunnan Dali Power Supply Bureau，Dali，Yunnan 671000)

This paper discussed the test method for leakage current test of zinc oxide arrester and current test method 500 kV lightning protector，and one test method without remove drainage wires was introduced.

lightning protector；leakage current；not remove drainage wires

TM81

B

1006-7345(2014)05-0103-04

2014-08-24

張習(xí)建 (1987)，男，高級(jí)工，云南電網(wǎng)公司大理供電局，從事電氣試驗(yàn)、變電檢修工作 (e-mail)zhangxijian2009＠126.com。