基于電壓補償原理的避雷器泄漏試驗方法研究

甘 強，陳 軒，邵新蒼，吉亞民

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京 211102)

直流參考電壓U1mA和0.75 倍U1mA下的泄漏電流測量是避雷器交接與例行試驗項目之一，可有效地反應避雷器閥片是否存在受潮、老化。220 kV 及以上電壓等級避雷器每相分為若干單元，由于制造工藝等原因，各節避雷器的伏安特性存在一定差異，甚至差異較大（偏差達到5%左右）。同時，相關文獻也提出避雷器均壓環對直流泄漏試驗存在一定的影響[1-3]。針對此類避雷器須拆除上引線，分單元進行避雷器參考電壓及直流泄漏電流測試，由此帶來了檢修時間的延長和大量的人力、物力投入。

本文在傳統的直流高壓發生器的基礎上，增加1臺可調極性的直流高壓發生器，在下節避雷器下部法蘭處施加一可調極性的直流電壓，與傳統直流高壓發生器進行配合，使避雷器上下2個單元直流泄漏電流同時達到1 mA，一次性完成兩節避雷器的直流參考電壓試驗后，2 臺直流發生器同步降壓至0.75 倍U1mA可同時完成2個單元的直流泄漏電流測試。通過現場應用，驗證了試驗方法的有效性。

1 傳統測試方法的局限性

對兩節型的220 kV 避雷器，傳統不拆引線進行避雷器下單元直流試驗的方法如圖1 所示。

圖1 不拆引線進行避雷器直流試驗原理圖

圖1 中，負極性直流高壓施加于避雷器上下2個單元連接法蘭處，經一微安表測量避雷器2個單元的總泄漏電流；拆除避雷器底部法蘭與放電計數器的連接，將底部法蘭經另一微安表接地，測量避雷器下單元泄漏電流，計算2 臺微安表電流差值得到避雷器上單元的直流泄漏電流。傳統方法存在以下局限性：

（1）上下2個單元避雷器的伏安特性存在差異，不可能同時到達1 mA，因此直流參考電壓的測量需分2次進行；同時避雷器2個單元的0.75 倍U1mA也不相同，泄漏電流測試也需分2 次進行。

（2）當同相避雷器2個單元參考電壓差異較大時，在對參考電壓較高的單元進行直流試驗時，試驗設備可能出現過載。

如圖2 所示，避雷器上下2個單元U1mA相差約為4 kV時，當U1mA較大的避雷器單元泄漏電流達到1 mA時，U1mA較小的避雷器單元的直流泄漏電流已達到8 mA。試驗設備輸出電流已遠超出其額定電流（一般為3 mA），此時須拆除引線分單元進行試驗。

圖2 避雷器伏安特性曲線圖

2 基于電壓補償原理的流測試方法

為了解決傳統方法的局限性，且提出一種基于電壓補償原理的不拆引線試驗方法，其原理如圖3 所示。

圖3 電壓補償法運用于220 kV 避雷器直流試驗原理圖

圖3 中，直流高壓發生器1為傳統的負極性直流高壓發生器，直流高壓發生器2為可調極性的直流高壓發生器，可根據試驗情況輸出正或負極性的直流高電壓。若避雷器下單元參考電壓大于避雷器上單元，調節直流高壓發生器1，避雷器上單元泄漏電流先達到1 mA時，保持直流高壓發生器1的輸出電壓不變，選擇直流高壓發生器2 輸出極性為正極性，調節其電壓，使避雷器下單元泄漏電流達到1 mA。避雷器上單元的參考電壓為直流發生器1的輸出電壓，避雷器下單元的參考電壓為直流發生器1 和直流發生器2 輸出電壓的絕對值之和。

將直流高壓發生器1 與直流發生器2的輸出電壓同步降為75%，避雷器下單元的泄漏電流為與避雷器底部法蘭相連的微安表電流值，避雷器上單元的泄漏電流為2 臺微安表電流絕對值之差。若避雷器上單元參考電壓大于避雷器下單元，在一定電壓下保持直流發生器1 輸出電壓不變，選擇直流發生器2 極性為負極性，預加電壓5 kV，使避雷器上單元泄漏電流大于下單元。調節直流發生器1 使上單元泄漏電流達到1 mA 后，調節直流發生器2，使下單元泄漏電流也達到1 mA。讀取并計算2個單元的參考電壓，繼而將直流高壓發生器1 與2的輸出降為75%，讀取并計算2個單元的0.75 倍U1mA下的泄漏電流。

3 可調極性倍壓電路設計

直流發生器2為可調極性直流高壓發生器，額定輸出電壓為5 kV，額定輸出電流為3 mA，其倍壓電路的原理如圖4 所示。

圖4 中D1至D7為二極管，通過切換開關接入電路；當D1至D6 接入電路時，倍壓電路輸出正極性高壓，如圖5 所示。當D2至D7 接入電路時，倍壓電路輸出負極性高壓，如圖6 所示。

為給避雷器泄漏電流提供通路，在輸出端對地并聯一泄流電阻，阻值為2 MΩ；對地并聯一放電間隙，避免避雷器擊穿后，直流高壓發生器2 承受過高電壓。

圖4 可調極性倍壓電路原理圖

圖5 可調極性倍壓電路正極性輸出原理圖

圖6 可調極性倍壓電路負極性輸出原理圖

4 測量邏輯設計

測量邏輯框圖如圖7 所示。電流采樣通過具有藍牙通信功能微安表實現，微安表1、微安表2的泄漏電流讀數通過藍牙傳輸至儀器，計算出上節與下節避雷器泄漏電流，儀器內部處理單元根據計算結果自動調整可調極性直流高壓發生器輸出電壓極性，達到電壓補償的目的。

5 現場應用

某500 kV 變電站1 號主變220 kV 側避雷器需進行例行試驗，交接試驗時該避雷器不帶上引線進行測試，A 相下單元U1mA為160.6 kV，I0.75U1mA為10 μA；上單元U1mA為157.4 kV，I0.75U1mA為8 μA。本次例行試驗分別采用以下2 種方式進行了測試。

首先用傳統不拆引線測試方法對該相避雷器進行測試，第一步測試上單元，1 mA 參考電壓為156.7 kV，此時下單元泄漏電流為912 μA。第二步測試下單元，升壓至158.8 kV時，避雷器下單元泄漏電流為937 μA，避雷器上單元泄漏電流為2090 μA，總電流超過直流高壓發生器3 mA的額定輸出電流，儀器過流保護動作，傳統不拆線測試方法已無法完成測量。

圖7 測量邏輯框圖

現場使用新研發的裝置對該避雷器開進行測試，直流高壓發生器1 輸出電壓為156.8 kV時，避雷器上單元泄漏電流達到1 mA，此時避雷器下單元泄漏電流為913 μA，調節直流高壓發生器2，輸出電壓極性為正極性，幅值為3.1 kV，此時避雷器下單元泄漏電流也達到1 mA。讀取電壓值后，將2 臺直流高壓發生器輸出電壓降為75%，計算2個單元的參考電壓與泄漏電流，試驗數據如表1 所示。

本次測試一次接線、升壓，同時完成了2 節避雷器的測試；直流參考電壓測試結果與交接相比誤差小于0.5%，泄漏電流測試結果與交接數據基本保持一致，表明該方法與傳統方法具有等效性。傳統方法進行試驗時，避雷器底座幾乎不承受電壓；電壓補償法測試時，避雷器底座須承受數千伏的電壓（＜5 kV），在原理上存在測試誤差。從現場實測的結果來看，表面清潔過的避雷器底座絕緣電阻通常＞5000 MΩ，新方法造成的測量誤差小于1 μA，在工程測量過程中可忽略。

表1 電壓補償法運用于220 kV 避雷器直流試驗數據

6 結束語

（1）220 kV 及以上電壓等級避雷器各節的伏安特性存在一定差異，當差異較大時，傳統不拆引線的試驗方法因測試設備容量限制，可能導致試驗無法開展，須拆除引線進行測試。

（2）電壓補償法通過增加1 臺可調極性直流高壓發生器，可以在不拆引線條件下的完成避雷器的參考電壓及泄漏電流測試。現場應用表明，該方法與傳統方法有較好的等效性，具有實用推廣意義。

[1]吳東文.500 kV 氧化鋅避雷器上節單元0.75U1mA泄漏電流測試誤差分析[J].電瓷避雷器，2012，250(6)：62-66.

[2]秦家遠.雷擊下金屬氧化物避雷器ATP 仿真模型分析[J].電瓷避雷器，2007，220(6)：41-44.

[3]王靜君，李文書，杜積貴.氧化鋅避雷器帶電測試方法應用分析[J].江蘇電機工程，2013，32(2)：57-59.