氧化锌避雷器带电测试方法探讨

来源:用户上传      作者: 宋运平

　　摘 要： 从氧化锌避雷器（MOA）带电测试工作现场实测情况出发，分析对比目前氧化锌避雷器带电测试的方法，提出氧化锌避雷器带电测试结果综合判断的方法，以提高氧化锌避雷器运行情况分析水平。
　　关键词： 氧化锌避雷器；带电测试；试验方法
　　中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210036－02
　　0 前言
　　目前氧化锌避雷器（MOA）在电力系统中已广泛使用，检测MOA的运行状态，消除设备隐患，保证系统安全可靠运行也就变得越来越重要了。从历年高压避雷器出现的事故分析可知，由于MOA内部受潮是引起事故的主要原因之一。为了及时获知MOA的运行状态，对MOA进行检测就变得越来越重要了。
　　当前，MOA检测的主要手段有：停电预防性试验、全电流在线监测、全电流及阻性电流带电测试、红外热成像测温等四种方法。因为停电预防性试验一般只能在MOA安装或者大修停电时进行检测，不能及时获得MOA的状态，而全电流在线监测和红外热成像测温的应用也并不广泛。目前现场测试大部分都采用全电流及阻性电流带电测试。
　　1 试验方法
　　1.1 投影法
　　即电压电流法，这是目前使用最广泛的一种试验方法。
　　计算方法：
　　仪器输入参考电压V，测量出3个量：两个幅值V和Ix，一个相位差Φ，计算Ix在V方向的投影就是阻性电流：Ir=Ixcos（Φ），在90°方向投影就是容性电流：Ic=Ixsin（Φ）。
　　说明1：这里的V，Ix，Ir，Ic都应该看成是信号基波，Φ应该看成是基波之间的相位差。目前使用投影法的仪器都可以单独分离基波分量的。
　　说明2：如果V的幅度变化，Ir的幅度也会同时变化，这样就不好确定Ir增大是由于母线电压增加引起的还是MOA劣化引起的。而Φ或者δ＝90°-Φ（类似介损角）只跟Ir与Ix或Ic的比值有关，所以它们也能很好的反应MOA的性能。这就好比介损测量时关心tgδ的大小，而不关心电压电流的绝对值大小。
　　说明3：在没有“相间干扰”时，Φ大多在81°～86°之间。可参考表1对MOA性能进行评价。
　　表1 MOA性能评价表
　　
　　
　　实际上当Φ<80°时应当引起注意。
　　1.2 基本原理
　　基本原理是先用钳形电流互感器（或在放电计数器的两端取信号）从MOA的引下线处取得电流信号Io，再从分压器或电压互感器侧取得电压信号Us。后者经移相器前移90。相位后得到Uso（以便与MOA阀片中的电容电流分量Ic同相），再经放大后与Io一起送入差分放大器。在放大器中，将GUso与Io相减；并由乘法器等组成的自动反馈跟踪，以控制放大器的增益G，使同相的（Ic-GUso）的差值降为零，即Io中的容性分量全部被补偿掉，剩下的仅为阻性分量IR，再根据Us及Is即可获得MOA的功率损耗P了。
　　测量直线排列的三相氧化锌避雷器时，由于相间干扰影响，A、C相电流相位都要向B相方向偏移，一般偏移角度2°～4°左右，这导致A相阻性电流增加，C相变小甚至为负。
　　这是，采用边相补偿的方法可以较好地解决A、C相平衡干扰的问题，原理是：假定B相对A、C相影响是对称的，测量出测量出Ic超前Ia的角度Φca，A相补偿φ0a=（φca-120°）/2，C相补偿φ0c=-（φca-120°）/2。这种方法实际上是对A、C相避雷器阻性电流进行了平均，也有可能掩盖问题。同时，只有A、C相对B相的干扰较对称的情况，才能得出比较合理的测试结果。
　　目前新型氧化锌避雷器阻性电流带电测试仪大多具有自动边补功能。这样可以减轻现场试验人员的计算工作量，提高试验的准确性。但是，这样可能会影响试验人员的对测量结果的判断。因此，该项功能应谨慎使用。
　　下面从两个测量实例来说明问题。
　　现场测量实例1：
　　测量220kV琅东变电站220kVI段母线避雷器，该段母线避雷器所处的位置和其它运行行设备的距离较远，周边的干扰相对比较小，采用仪器自动边补功能，测量结果见表2：
　　表2 220kV琅东变电站220kVI段母线避雷器带电测量现场记录
　　
　　从测量结果来看，在A、C相平衡干扰的情况，采用边相补偿的，实测数据是比较合理的。但为了避免由于补偿不合理而引起的判断错误，建议在不设补偿的情况下再测试一次，与补偿后数据相比较，作出综合判断。
　　现场测量实例2：
　　测量220kV琅东变220kVII段母线避雷器，该组避雷器上方是带电的220kV母线，四周的隔离刀闸组成了类似于笼形干扰源，结果呈现无规律可循的状态，测量结果见表3：
　　表3 220kV琅东变电站220kVII段母线避雷器带电测量现场记录（使用自动边补）
　　
　　从表3中可以看到：A、C相对B相的干扰影响不平衡，这种情况下仪器进行强行边补，结果B相Ф＞86°，干扰的影响仍然无法消除，测量毫无意义，也容易造成试验人员的误判断。建议在这种情况下不使用仪器自动边补功能，进行无边补测试，虽然测量结果受干扰影响较大，但通过纵向数据对比的方法还是可以对避雷器运行情况进行初判断。
　　2 单电流法
　　只用全电流就可以测量阻性电流是很有吸引力的一种方法。它的好处是取消了参考信号，测量快捷。但是这种方法也有其局限性。进行单电流法测试的关键就是如何获知Φ，知道了Φ，就可以获得阻性电流一次基波峰值。
　　2.1 测量原理
　　在正弦电压下，避雷器的泄漏电流由容性电流和阻性电流两部分组成。在全电流波形中，第二个峰值出现时刻就是电压峰值出现的时刻。第一个峰值就是基波全电流的峰值。因此，两个峰值之间的角度就是Φ。只要测出第二个波形峰值出现的时刻，就可以对全电流进行分解。
　　2.2 测量方法
　　仪器通过软件处理（傅立叶变换）可以分解出避雷器本身产生的3、5、7次等谐波，可以定位第二峰值时刻从而准确确定第二峰值出现的时刻，由此获知Φ，再通过矢量分析得出阻性电流一次基波峰值。
　　2.3 存在问题现场数据分析表明
　　1）母线谐波影响十分明显。
　　2）避雷器工作电压下，其非线性效应并不十分明显。这就造成了无法区分全电流的谐波是避雷器产生的还是母线谐波产生的。
　　如果这种方法由于母线谐波影响而失效的话，有些仪器会自动采用统计法。根据统计数据确定两个峰值的时间差也就是Φ角，然后分解阻性电流。这种仪器将全部谐波计入阻性电流，并取阻性电流基波和谐波合成的波形峰值替代阻性电流基波峰值。
　　2.4 改进
　　使用该改进方法比较典型的应用是某公司生产的ZD-1金属氧化物避雷器泄漏电流测量仪，该仪器采用一种是称之为“三相电流相角比较法”的测试方法，把三相氧化锌避雷器泄漏电流之间作横向比较，原理上实际还是单电流分析法。
　　仪器的电流输入端同时接入三相氧化锌避雷器漏电流信号，无须从PT取电压信号，由于MOA的非线性特性，即使外施电压是正弦的，全电流也非正弦，它包含有高次谐波。使用MOA电流测试仪测量MOA中的三次谐波电流，来推出阻性电流。即可同时测得氧化锌避雷器三相全电流及其阻性分量。现场试验中，由于避雷器两端电压中所含谐波对测量结果影响很大，如三次谐波量超过0.5%就可能使测量结果出现很大的误差，因此，在电压波形畸变、三次谐波含量较大的情况下，单电流发只能局限于同一产品同一试验条件下的横向比较。通过换算出IR含有阻性电流基波值（IR1P），来对试验结果进行比较，同时增加了通过比较三相避雷器泄漏电流的相角差值，即“三相电流相角比较法”（由于母线三相电压在正常的情况下相角的差值在120°，同一组避雷器在正常的情况下等效的容抗和阻抗应大致相当，因此，三相泄漏电流的相角差也应接近120°，如果某台避雷器出现了问题，内部的等效容抗和阻抗会相应发生变化。相对的避雷器泄漏电流的三相相角中的两相也会相应发生改变，偏离120°的标准，以偏离角度的大小来对避雷器的性能进行基本的判断）来增加一个对避雷器的运行状况进行评估的试验依据。其“三相电流相角比较法”在现场对110kV及以下的避雷器器进行试验时，数据比较准确。

　　以下从现场测量实例中进行分析：
　　1）GIS运行中三相氧化锌避雷器的测量。同时使用“三相电流相角比较法”及投影法进行110kV南湖GIS变电站110kV沙南凤线103避雷器带电测试，测量数据见表4、5。
　　表4 使用“三相电流相角比较法”测量数据
　　
　　表5 使用投影法测量数据
　　
　　从表4、5中试验数据可以清晰的看到，由于GIS中的避雷器外部干扰小（有接地的金属外壳屏蔽），三相避雷器试验数据一致性较好，因此无论使用何种仪器测量出的试验数据都比较稳定，相互之间的可比性高――全电流和阻性电流的峰值数据相差不大。用“三相电流相角比较法”测量的三相电流的差角接近于120°的三相额定差角，同时用投影法测量得出的避雷器三相电流的相位差Ф相差也很小，两种方法可以起到互相参考比较的作用。由于“三相电流相角比较法”不需取参考信号，相对于投影法则更加便捷、安全。
　　2）数字化变电站运行中三相氧化锌避雷器的测量。随着数字化变电站的推广，电子式互感器的应用也越来越多。南宁供电局110kV杨丁数字化变电站采用南京一家光电自动化有限公司生产的OET700系列数字式光电互感器，采用罗戈夫斯基线圈和电感分压器，输出信号为采用光纤传输数字量的光信号，由于PT输出的是数字式光信号而不是模拟的电信号，并且现阶段光信号也无法转换为电信号，因此采用从PT二次取电压的投影法在数字化变电站中无用武之地，相反采用单电流法的ZD-1避雷器带电测试仪由于无需取PT二次信号作为参考，特别适用于数字化变电站的避雷器带电测试工作。
　　表6、7为使用“三相电流相角比较法”测量杨丁站线路避雷器记录数据。
　　表6 杨丁站103线路避雷器带电测试数据
　　
　　从表6、表7的试验数据可以看出：采用“三相电流相角比较法”测量得出的数据发散性较小，三相之间可比性较好，可以作为判断避雷器绝缘性能是否良好的依据。
　　3）氧化锌避雷器故障检测应用。2008年7月，对蒲庙变电站新投运的35kVI段母线避雷器进行投运后三个月内带电测试，当时使用了投影法避雷器带电测试仪，试验数据见表8。
　　表8 蒲庙站35kVI段母线避雷器投影法测试结果
　　
　　从表8中试验数据看，B相避雷器出现较A、C相Ф角明显偏小（＜75°），阻性电流明显偏大的情况。随后，又使用“三相电流相角比较法”进行带电测试，试验数据见表9。
　　表9 蒲庙站35kVI段母线避雷器“三相电流相角比较法”测试结果
　　
　　从表8中试验数据看，B相阻性电流较A、C相明显偏大，三相电流的差角值也反映中和B相有关的差角都偏大，可以判断B相避雷器存在绝缘隐患。两种方法可以相互印证，得出一致的判断结果。
　　对B相避雷器进行停电直流1mA试验，发现在直流1mA下的电压值相对于A，C相偏小约20%。将该避雷器解体，发现其内部氧化锌阀片中的一片已出现绝缘击穿。
　　3 结束语
　　目前还没有一种氧化锌避雷器带电测试方法在抗干扰方面是是十全十美的，试验人员在测试时，应根据避雷器安装位置、现场干扰等实际情况，选用合适的测量方法，做好数据纵横对比，综合判断。
　　
　　参考文献：
　　[1]孙鹏举，金属氧化物避雷器泄漏电流在线测试分析，电瓷避雷器，2008（4）.
　　[2]张云发、刘英、艾三、杨挚、陈沣显、王建军，金属氧化物避雷器泄漏电流现场测试分析，农村电气化，2001（7）.
　　[3]李小建，氧化锌避雷器阻性电流测量中应注意的一个问题，云南电力技术，2001（2）.

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