氧化鋅避雷器阻性電流的溫度影響的研究

陳悅+陳晨+王麗群

摘 要：氧化鋅避雷器作為限制過電壓的主要設備在電網中廣泛使用，檢修試驗人員需要對其運行狀態做出準確判斷，帶電檢測是掌握避雷器運行狀況的重要手段，能夠在不停電的情況下有效查找設備缺陷。利用研究成果，能夠修正溫度對測試結果的影響，使得泄漏電流的阻性分量能夠更真實地反應設備特性。

關鍵詞：氧化鋅避雷器；帶電檢測；阻性電流；溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.243

1 引言

避雷器是專門用于限制雷電過電壓或操作過電壓的電氣設備，用于保護與之并聯的電氣設備。氧化鋅避雷器以氧化鋅為主要原料，在高溫下燒制成氧化鋅電阻閥片串聯而成。氧化鋅避雷器具有良好的伏安特性，在工作電壓下流過氧化鋅閥片的電流極小，不需串聯保護間隙，且不存在工頻續流，而在雷電或操作過電壓作用下又能迅速泄放電流，限制過電壓，因此已被廣泛應用。

判斷避雷器狀態的手段主要有例行停電試驗和帶電檢測，其中，停電試驗必須停運對應的主設備，受試驗周期以及供電連續性等因素限制，不能隨時開展試驗，而帶電檢測則可以根據需要及時開展試驗，盡早發現缺陷并監視缺陷發展程度，是掌握避雷器運行狀況的重要手段。

在運行電壓下，氧化鋅避雷器的總泄漏電流包括阻性電流和容性電流兩部分，在正常運行情況下，泄漏電流值基本不發生變化，并且其阻性分量遠小于總泄漏電流，大約只占10% ～ 20%。當氧化鋅避雷器發生內部受潮、老化、受熱、沖擊損壞時，阻性電流會有顯著增大，但是容性電流基本不發生變化，總泄漏電流也變化不大。因此，氧化鋅避雷器帶電測試中，其泄漏電流的阻性分量（簡稱“阻性電流”）是反映內部狀態的重要指標。本文對避雷器泄漏電流的阻性分量受溫度影響的現象進行了統計分析，并在實驗室中對氧化鋅閥片阻性電流——溫度曲線進行了實驗測定，總結了變化規律。

2 溫度對現場運行避雷器阻性電流的影響

根據國網公司《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定，運行中持續電流與歷史數據相比較應無顯著差異。 當阻性電流增加0.5倍時應縮短試驗周期并加強監測，增加 1倍時應停電檢查。

氧化鋅避雷器的泄漏電流的阻性分量受多種因素影響，從避雷器本身來說，閥片的老化、受潮、損壞會導致泄漏電流增大；從外界環境看，表面污穢，大氣溫度、濕度等也會造成阻性電流的變化。

在帶電檢測過程中，試驗數據應當能夠真實反應避雷器的內在特性，才能對它的運行狀況、絕緣性能等做出準確判斷，當外界因素造成較大影響時，就會導致試驗人員對設備特性做出錯誤判斷，從而出現“過修”、“失修”的情況。

在本單位積累的大量避雷器帶電檢測試驗的歷史數據中，可以發現如下現象：同一設備的歷次測量結果，阻性電流有先增加后減小，或者先減小后增加的情況。

如圖1所示，是某GIS變電站110kV 出線A相避雷器的歷次測試數據。

從折線圖中可以看出，同一臺避雷器的阻性電流值呈現先增大后減小的趨勢，且阻性電流最大測試值和最小值之間相差58%。一般情況下，如果設備運行狀態正常，那么其測試值應當保持相對穩定，只在較小范圍內浮動，而如果設備出現潛在故障、并逐步發展，則測量值應該呈現單調上升或下降的趨勢。由于該變電站為GIS，避雷器受污穢、濕度等因素影響較小，外界環境因素中溫度對其影響最大。因此，對測試數據進行了進一步分析，將測試電流和測試溫度列表如表1如下：

對比數據發現，阻性電流與溫度呈正相關的關系，溫度越高，阻性電流的測試值也越大，作者判斷認為，溫度因素影響了測量結果。其他變電站的測試結果也表現出相類似的趨勢。

因此，課題組確定了將溫度對氧化鋅避雷器阻性電流測試結果的影響作為研究內容。

3 阻性電流——溫度特性研究

由避雷器的構造可知，氧化鋅避雷器由以氧化鋅為主要原料的氧化鋅閥片組成，它具有良好的非線性伏安，在工作電壓下，流過閥片的電流極小，而阻性電流正是氧化鋅避雷器在工作電壓下泄漏電流的阻性分量。在這個試驗項目中，可以將氧化鋅避雷器的閥片視為一個阻值極大的絕緣電阻。從理論可知，一般情況下，隨著溫度的增加，而非金屬導體的電阻的阻值隨之減小，這一趨勢符合避雷器阻性電流隨溫度變化的關系。

作者在實驗室中對避雷器所使用的氧化鋅閥片進行了試驗。

3.1 試驗方法

首先搭建試驗平臺如圖2所示，將被試閥片放置在恒溫控制箱內，通過溫控器調節使得試品維持在特定的溫度。從交流電源通過調壓器對試品施加正常運行電壓，模擬現場實際運行中的工況，利用電流表測取流過閥片的阻性電流值。

試驗中分別對2組不同廠家的閥片進行了試驗，第一組試品為杭州永德電氣110kV避雷器所用氧化鋅閥片，第二組試品為西安西電公司110kV避雷器所用氧化鋅閥片。每組閥片均選取3份樣品測試，排除分散性的影響。

3.2 試驗數據及分析

第一組試品試驗數據：

對三份測試數據取平均值，以抵消試驗閥片分散性帶來的誤差，得到一組溫度t和阻性電流I之間的關系。

由于不同氧化鋅閥片產品的阻性電流初值不同，因此阻性電流的絕對值作為變量來進行分析并不合適，作者選擇t=20℃時的阻性電流作為標準值，以 為變量，對不同溫度下的阻性電流的比值，即溫度換算 進行分析。 曲線如圖3所示。

對第二組試品進行相同的試驗，并對試驗數據進行回歸計算，得到擬合公式如下：

將兩組試驗數據得到的擬合曲線畫在同一坐標下，如圖4所示。

對比兩組試驗得到的擬合曲線，從圖中可以看到兩條曲線基本重合，說明2組氧化鋅閥片試品的阻性電流的溫度特性比較一致。

從擬合曲線可以看出，阻性電流隨著溫度的升高呈上升趨勢，這與大量帶電檢測數據中反應出的趨勢是吻合的。分析曲線走勢，在溫度低于25℃時，阻性電流的上升趨勢大致呈一條直線，當溫度大于30度時，曲線上翹，即阻性電流隨溫度增加而增大的幅度變大，溫度對阻性電流的影響程度加大。endprint

4 轉換系數k在帶電檢測中的應用

利用擬合得到的轉換系數，對第三節中提到的避雷器測試數據進行溫度換算，即將不同溫度下的阻性電流值換算到標準溫度20℃時的電流值。

上述避雷器為西安西電生產的110kV氧化鋅避雷器，型號Y10WF5-102/250。換算結果如表3和圖5所示：

由表中數據可以看出，經過溫度換算，阻性電流最大測試值和最大值之差由58%降低到30%，小于初值差50%的注意值。從歷史測試數據的折線圖中也可以看到，測試數據隨溫度波動的趨勢明顯變得平緩。值得注意的是在8℃、15℃、22℃下的測試數據，經過溫度換算之后基本相同，穩定在0.084mA左右，由此說明避雷器運行狀況正常；在溫度較高的33℃時的測試數據經過溫度換算之后依舊相對偏高，筆者推斷，在溫度較高時，除了單純的溫度因素之外，還有其他因素會影響阻性電流值，在此不作展開。

從帶電檢測歷史數據中選取阻性電流測試值誤差曾經超過50%（即如果以其中一次測試數據作為初值，則初值差達到注意值標準），至今仍正常運行的線路避雷器數據，進行溫度換算如表4。

由表中數據可以看出，經過溫度換算，歷次測試結果之間的誤差均小于50%，處于正常范圍內，與避雷器正常運行的實際情況相符。

5 結論

通過對氧化鋅閥片的試驗和分析，并且結合現場氧化鋅避雷器帶電檢測數據，得到如下結論：

（1）現場測試數據和實驗室試驗結果證明，氧化鋅避雷器泄漏電流的阻性分量受到溫度影響，阻性電流值隨著溫度的上升而增大。

（2）利用實驗室測試得到的曲線，能夠較好地用于修正氧化鋅避雷器的阻性電流測試值，為判斷設備狀況提供更真實的測試數據，減少“失修”、“過修”情況發生。

由于時間和資源有限，本文僅對兩組氧化鋅閥片進行了測試，得到了具有指導意義的結果。還應當對對更多避雷器廠家的多種型號的氧化鋅閥片進行相關試驗，對比試驗結果，總結出更為準確的“阻性電流——溫度”之間的關系，從而使帶電檢測數據能夠更準確地反應設備真實運行情況。

參考文獻：

[1]梁曦東，陳昌漁，周遠翔.高電壓工程[M].北京：清華大學出版社，2003：120-126.

[2]曹玉環.金屬氧化鋅避雷器的試驗項目及方法[J].江西煤炭科技，2009（02）：50-51.

作者簡介：陳悅（1976-），男，浙江嵊州人，大專，高級技師，主要從事：電氣試驗、帶電檢測相關的工作及研究。endprint