基于氧化鋅避雷器帶電測試的故障診斷分析

摘要：本文對氧化鋅避雷器放電過程中采集的泄漏電流與泄漏電壓數據進行諧波分析，并且進一步由頻譜圖分析避雷器參數，得到其基波電壓電流的相位差，從而判定其性能優劣。通過分析比較，得到避雷器的性能判定指標，并為診斷其故障特征提供了拓展思路。

關鍵詞：諧波分析電流譜分析氧化鋅避雷器性能判定

1、引言

氧化鋅避雷器是用氧化鋅閥片疊裝而成的，可以完全消除間隙。當施加較低電壓時，晶界層近似絕緣，電壓幾乎都加在晶界層，流過的電流為微安級；當電壓升高時，晶界層由高阻變為低阻，電流劇增。在交流電壓下，避雷器全電流包含有功分量和無功分量，正常運行時，主要為容性電流，阻性電流只占很小一部分，但當閥片老化，避雷器受潮，內部絕緣老化等，阻性電流大增。在運行電壓下，測量全電流，阻性電流可在一定程度上反映氧化鋅避雷器運行。

2、實驗數據采集

由上述理論為基礎，進行實驗采集數據。分別對三只氧化鋅避雷器進行上電加壓實驗，可以得到電流基波與電壓基波的相位差Φ，從而來判斷氧化鋅避雷器故障狀態。

進行實驗時，將儀器接地端與實驗室地線連接，儀器“參考電壓輸入”通過紅色電壓測試線與變壓器控制箱的輸出端連接；避雷器上端接試驗變壓器的高壓端，避雷器下端接儀器的“泄露電流輸入”紅夾子，“泄露電流輸入”黑夾子接高壓尾。得到如下實驗數據。

表1—1 氧化鋅避雷器帶電測試實驗數據

說明：U0：試驗電壓有效值I3：總泄漏電流3次諧波峰值

Ix：總泄漏電流有效值Irlp：阻性電流峰值

Ip：總泄漏電流峰值Iclp：容性電流基波峰值

Φ1：基波電流超前基波電壓相位差P1：MOA基波功耗

3、由表格數據得到電流電壓相位差φ判斷避雷器的性能

由實驗數據得，基波電流超前基波電壓的相位差φ的實測值范圍是84.52°～87.23°，達到83°以上，表明避雷器性能優秀。

表1—2 氧化鋅避雷器性能判定依據表格

具體表現為，當電流基波與電壓基波的相位差Φ小于75。時，表明氧化鋅避雷器已經劣化，性能很差，應停電實驗，測量1mA下電流參考電壓及0.75倍電流參考電壓下的泄露電流。根據停電結果來決定是否替換避雷器。當Φ大于75。時，認為其正常，可繼續運行。

4、電流諧波分析與頻譜分析

4.1電流諧波分析

對實驗數據進行，調用cftool函數，對得到的電流離散數據進行曲線擬合。經過多次擬合，比較最后的擬合量度Goodness of fit，得到最佳擬合曲線：

圖1—1 氧化鋅避雷器帶電測試泄漏電流波形

4.2頻譜分析

由傅立葉變換進行諧波分析，得到如下頻譜圖：

圖1—2 氧化鋅避雷器帶電測試泄漏電流頻譜圖

由此直觀地得到相應的諧波幅值，得出結論:在含有的奇次諧波中，三次諧波含量最小。由資料可得，三次諧波的分量與非線性有關，非線性越強時， I3中系數越大，其三次諧波含量越多。進一步查閱資料可知，泄漏電流中含有的三次諧波Ir3是個特征量，能敏感地反映避雷器故障，可以利用其作為診斷指標。但是，電壓諧波對泄漏電流及其阻性分量影響很大，尤其Ir3受影響最大；需要根據系數進行校正。

5、總結

氧化鋅避雷器帶電測試實驗操作簡單易行。通過運用MATLAB工具進行曲線擬合進而得到諧波分析，可以初步了解氧化鋅避雷器內部結構，得出判定氧化鋅避雷器性能優劣的方法，并且掌握氧化鋅避雷器的故障特征和相應的故障診斷方法，對于避雷器的使用及防護有重要意義。

參考文獻：

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