避雷器泄漏電流檢測方法分析與應用

孫紅梅，張 凱，馬 崢，何 嬌

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司,遼寧 沈陽 110003；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

1 概述

避雷器是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要設備之一，其主要通過限制雷電過電壓或內(nèi)部過電壓，起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、吸收能量的作用[1-4]。在電力系統(tǒng)發(fā)展早期，主要使用管式、碳化硅閥式避雷器；近年來，金屬氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)以其優(yōu)異的性能逐漸取代其他類型的避雷器，在電力系統(tǒng)中被廣泛使用[5]。

MOA內(nèi)部由非線性金屬氧化物電阻片(簡稱電阻片)串聯(lián)或并聯(lián)組成，電阻片具有非線性伏安特性[6]，正常工頻電壓時呈現(xiàn)高電阻，過電壓時呈現(xiàn)低電阻，從而限制避雷器端子間的過電壓[7]。35～110 kV的MOA由單節(jié)組成，220 kV的MOA由2節(jié)組成，500 kV的MOA由3節(jié)組成。

MOA沒有放電間隙，電阻片長期承受運行電壓，有泄漏電流持續(xù)流過MOA各個串聯(lián)的電阻片?，F(xiàn)場檢測的MOA泄漏電流即總泄漏電流，主要包括瓷套表面電流、瓷套內(nèi)壁/絕緣支架泄漏電流、電阻片泄漏電流和均壓電容電流。

在正常運行工況下，MOA內(nèi)部電阻片柱泄漏電流不會發(fā)生突變，而瓷套泄漏電流或絕緣桿泄漏電流比流過電阻片柱的泄漏電流小很多。因此，天氣較好時，檢測MOA總泄漏電流為流過電阻片柱的泄漏電流即全電流。

通過研究MOA特性發(fā)現(xiàn)，可以將流過電阻片的全電流分成電容(容性)電流和電阻(阻性)電流。MOA等效電路如圖1所示。

圖1 MOA等效電路

在正常運行情況下，流過MOA的阻性電流一般為數(shù)十微安的微小電流，而容性電流為幾百微安以上，阻性電流僅占全電流的5%～20%。而電阻片老化或者受潮越嚴重，泄漏電流電阻分量增長越快，能夠進一步加速MOA劣化[8]。

如果MOA發(fā)生劣化，將會使正常對地絕緣水平降低，泄漏電流增大，可以發(fā)展為MOA擊穿損壞甚至爆炸。所以監(jiān)測運行中MOA的工作情況，正確判斷其質(zhì)量狀況非常必要[9]。

2 MOA帶電檢測方法

MOA泄漏電流是監(jiān)測MOA運行狀況的一種重要手段。目前常見的檢測運行中的MOA阻性電流基本原理是取被測相MOA的總泄漏電流信號Ix，再取1個與被測相MOA兩端電壓同相的電壓信號；將總泄漏電流Ix基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影，即為MOA阻性電流基波IR1，φu-I為總泄漏電流基波矢量I1與電壓信號基波矢量U1的夾角。如圖2所示。

圖2 U1、I1的矢量圖

當MOA劣化或受潮時，阻性電流、全電流、容性電流都增大，全電流增大不一定明顯，但阻性電流的增大量遠大于容性電流。此時，電流電壓夾角將減小，其變化關系如圖3所示。

圖3 阻性電流相量圖

目前常見的MOA泄漏電流檢測方法主要包括TV二次法、220 V電源法，本文采用2種方法進行檢測并對結果進行分析評價。

2.1 TV二次法測量過程

a.例如測量A相MOA阻性電流，首先測量A相MOA總電流Ix，A相TV二次相電壓U；然后計算出阻性電流基波峰值IR1p，此時校正角φ0=0。

(1)

b.最終顯示全電流基波、阻性電流基波及二者的夾角。

2.2 220 V電源法

將220 V電壓作為感應電壓UG，該UG滿足特殊矢量3個條件：①矢量頻率與電網(wǎng)頻率完全相同；②矢量與電網(wǎng)A、B、C三相的角差穩(wěn)定；③矢量的模較穩(wěn)定，可實現(xiàn)A、B、C三相阻性電流檢測。過程如下：測量MOA泄漏電流并將其輸入儀器，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整校正角度，儀器根據(jù)所測基準電壓，計算出MOA的全電流基波和阻性電流基波峰值及二者夾角。

3 測試結果分析

3.1 測試結果

全電流測試結果如圖4所示。

圖4 全電流測試結果

由圖4可知：①500 kV主變壓器一次側(cè)全電流明顯高于同一電壓等級線路側(cè)MOA全電流，根據(jù)保護要求，電站側(cè)MOA額定電壓為420 kV、線路側(cè)MOA額定電壓為444 kV，線路側(cè)MOA等效電阻小于電站側(cè)MOA等效電阻；②2種測試方法測試全電流結果較相近；③500 kV系統(tǒng)MOA全電流為1.9 mA左右，220 kV系統(tǒng)MOA全電流為0.4 mA左右，66 kV系統(tǒng)MOA全電流為0.2 mA左右。

阻性電流基波峰值如圖5所示，可知TV二次法測量結果比220 V電源法普遍較高。主要是由于測試角度調(diào)試方法的影響,如圖6所示。

圖5 阻性電流基波峰值

圖6 電流與參考電壓夾角

由圖5、圖6可知：①500 kV電壓等級阻性電流高于220 kV電壓等級，220 kV電壓等級高于66 kV電壓等級；②500 kV電壓等級阻性電流為0.2 mA左右，220 kV電壓等級阻性電流為0.045 mA左右，66 kV電壓等級阻性電流為0.008 mA左右；③角度對阻性電流基波分量影響較大，在進行角度校正時應根據(jù)實際情況合理調(diào)整校正角度。

3.2 結果分析

a.不同廠家影響

同一變電站不同廠家MOA泄漏電流如圖7所示。圖7中,南陽為南陽金冠電氣有限公司；廊坊為廊坊電科院東芝避雷器有限公司；撫順公司為撫順電瓷制造有限公司；西安西電為西安西電高壓電瓷公司；撫順廠為撫順電瓷廠。廊坊為外資生產(chǎn)MOA，其他為國產(chǎn)MOA；西安西電MOA內(nèi)部安裝并聯(lián)電容器。由圖7可知，國產(chǎn)MOA泄漏電流大于外資MOA泄漏電流值。解體發(fā)現(xiàn)是由于同一電壓等級下國產(chǎn)MOA閥片比進口MOA閥片??；內(nèi)部安裝并聯(lián)電容器的MOA比無并聯(lián)電容器的泄漏電流更大。

圖7 不同廠家MOA泄漏電流

b.周圍帶電體影響

同一變電站、同一廠家、同一批次的MOA的A、B、C三相，由于受周圍帶電體的影響，其泄漏電流值不同，如圖8所示。

圖8 周圍帶電體影響

由圖8可知，全電流受周圍帶電體干擾導致三相數(shù)值不一致，且同一變電站內(nèi)測試結果存在一致性。實際運行中，由于場地和布置方式的限制，三相MOA間的距離較小，相間雜散電容不可忽視，尤其是一字排列的MOA，其相間干擾比較明顯。各相MOA除受本相相電壓作用外，還通過雜散電容受到鄰近相帶電體的作用[10]。

阻性電流同樣受到周圍帶電體的干擾。研究發(fā)現(xiàn)，干擾電流會在被測相電壓矢量上投影，進而作為“阻性分量”混入真正的阻性電流中。而由于真實的阻性電流本身較小，干擾電流的分量可能在真實阻性電流中占較大比例，造成測量結果誤差。在僅考慮相間干擾時，φA由于干擾減少1°～3°，A相MOA阻性電流將增大；φC由于干擾增加1°～3°，C相MOA阻性電流隨之減小，甚至可能出現(xiàn)負值；而A相、C相MOA對B相MOA的作用大小相同、方向相反，該電場是以B相MOA為對稱軸的對稱電場，φB基本不變，從而B相阻性電流基本不變。但是考慮周圍帶電體對被測MOA全電流的影響及阻性電流的計算方法，可知即使φB不受到干擾，由于全電流受干擾變化，所測阻性電流依舊不能反映真實值。

c.電壓等級影響

如圖9所示，500 kV、220 kV、66 kV電壓等級全電流、阻性電流依次降低。主要由于電壓等級不同，電阻片的面積及片數(shù)不同，電壓等級較高時電阻片面積較大、片數(shù)較多，電壓較低時電阻片面積較小，片數(shù)較少。

圖9 不同電壓等級測量值差別

4 結論

a.TV二次法及220 kV電源法2種方法檢測的全電流值基本一致，阻性電流由于校正角度設置不同而結果不同，且差異較大。

b.2種方法的阻性電流大小受校正角度影響較大，在實際檢測中應充分分析現(xiàn)場情況，如不同廠家、電壓等級、周圍帶電體等，科學控制校正角度，實現(xiàn)測量結果的一致性和可重復性。

c.通過對檢測結果分析，得出周圍帶電體對全電流和阻性電流均有影響：①由于周圍帶電體的影響，三相MOA全電流存在規(guī)律性差異，主要和變電站空間布局、避雷器周圍帶電體的相對距離和位置有關；②阻性電流只考慮相間干擾時基本不受干擾，考慮其他帶電體時會受到不同程度影響。