基于實際相角法的避雷器現場帶電測試應用

王　植

（東莞供電局，廣東 東莞　523000）

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基于實際相角法的避雷器現場帶電測試應用

王植

（東莞供電局，廣東 東莞523000）

介紹了東莞供電局避雷器帶電測試的新方法，并通過新方法對運行中避雷器的泄漏電流及阻性分量測試，成功發現了一起避雷器缺陷，用實例說明無需設備停電也可準確發現設備缺陷的效果，進一步驗證了使用避雷器帶電測試取代原有的停電預防性試驗的可行性。

金屬氧化物避雷器；避雷器帶電測試；泄漏電流；阻性分量

金屬氧化鋅避雷器（MOA）具有高能量吸收力、保護性能穩定、殘壓低等優點，能夠很好地限制雷電過電壓或操作過電壓。由于沒有放電間隙，氧化鋅電阻片要長期承受運行電壓的作用，且各串聯電阻片中不斷有泄漏電流流過。如果 MOA在運行中發生劣化，泄漏電流就會增大，最終導致 MOA熱崩潰而發生設備事故。所以監測運行中 MOA的泄漏電流情況，對判斷其運行狀況是非常必要的。但實際運行情況，有時無法按期停電，導致避雷器不能按時進行預試，而開展避雷器帶電測試就顯得尤為重要。

1　測試原理

避雷器帶電測試主要是檢測泄漏電流及其阻性分量，由于總電流中容性分量的比例很大，故關鍵是如何從總電流中分離出微弱的阻性電流。如圖1所示，在交流電壓作用下避雷器運行參數可簡化等效為一個可變電阻和一個不變電容的并聯電路。

測量MOA阻性電流的基本原理，是取被測相MOA的總電流信號，再取一個與被測相MOA兩端電壓同相或穩定角差的電壓信號；總電流IX的基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影，即為MOA阻性電流IR1［1］。

圖1　MOA泄漏電流及其等效回路

2　方法與改進

2.1傳統方法

電流信號取法由放電計數器兩端連接即可，而電壓信號的取法一般采用電源法更為安全方便，以變電站220V檢修電源為電壓信號U1。

測量時取B相MOA總電流IXB，測得Φ（IB與U1的夾角），把B相MOA的校正角85°?Φ，即Φ0（B）送入儀器Φ0中，得到B相的阻性電流值；并用同樣的方法，然后利用Φ0（B）?120°和Φ0（B）+120°得到A、C兩相的校正角，從而得到A、C相的阻性電流值。通過這樣的做法，利用試驗數據的縱向對比來判斷避雷器的劣化。

2.2存在問題

運行中的避雷器，有許多實際因素影響電壓、電流及相位的大小，如溫濕度、表面污穢、MOA兩端電壓波動、諧波含量［2］影響，同時避雷器相間干擾及周圍帶電體的干擾因素也影響測試結果，特別是很多變電站內三相避雷器呈“一”字形排列的方式［3］，其影響相對顯著。我們分析，傳統的測試方法存在測量誤差主要原因在于其測試方法是以正負120°的關系來衡量三相之間的角差，而實際上由于避雷器相間實際相位差不一定是對稱量正負 120°的關系，因此傳統做法便存在局限性。見表1，為我們利用AI—6106型儀器對該220kV某變電站部分間隔的B相避雷器與A、C兩相之間角差進行測量。

表1　某220kV變電站運行中避雷器相間角差數據

2.3實際相角法

為了消除干擾、判斷更為直觀準確，我們在傳統方法的基礎上進行完善，使用實際三相的相角差進行計算，代替原來使用120°角差［4］，在現場測試取得了良好的效果，其測試方法如下。

首次測試時，三相均用85°進行校正，分別測到Φk（IA、IB、IC與 U1的夾角），并將三相校正角85°?Φk各自送入儀器Φ0中，得到三相的阻性電流值并保存原始校正角Φ0（A）、Φ0（B）、Φ0（C）作為下次的試驗依據。

在下一次測試時，測量時取B相MOA總電流IXB和Φ，得到B相的阻性電流值；利用上次的Φ0（A）、Φ0（C）來獲得A、C相的阻性電流值。

實際相角法其實是相角的變化反映到阻性電流的變化，通過了解阻性電流的增量來判斷避雷器的健康狀況［5］。

3　應用實例

3.1帶電測試情況

2011年3月，東莞供電局試驗人員在某220kV變電站進行避雷器帶電測試中，發現某110kV線路B相避雷器阻性電流相對其他兩相明顯增長，但并未達到規程［6］要求“阻性電流增長 1倍需要停電檢查”。根據該情況，縮短了該避雷器帶電測試的檢測周期，繼續跟蹤監督。

表2　避雷器帶電測試數據

從表2可知，2010年該線路B相避雷器阻性電流分量測試值 0.07mA，而 2011年測試值為0.105mA，同比增長 50%，相對其他 A、C兩相最大相間差為49%；另外，該相避雷器泄漏電流增長不明顯。縮短檢測周期以后，B相阻性電流測試值均超過 0.105mA，雖然總體上比較平穩但也并沒有改善，而且存在繼續增長的趨勢，初步判斷該相避雷器存在局部缺陷。

3.2紅外測溫情況

根據該情況，對該線路避雷器進行針對性測溫，發現 B相避雷器本體中上部位置存在局部過熱情況，如圖3所示。

圖2　避雷器阻性電流增量變化圖

圖3　避雷器紅外成像

3.3停電試驗情況

2013年9月對該110kV線路避雷器進行了停電檢查試驗，該避雷器1mA的直流參考電壓增長1.7%卻未超標，絕緣良好，但該避雷器直流泄漏試驗中75% U1mA下的泄漏電流為58μA，已超標。

表3　停電試驗數據

3.4分析結論

從各方面來看，該避雷器內部存在局部缺陷，且缺陷位置發生在避雷器中上部，而不是整體缺陷。因為其絕緣相對較高，阻性電流雖有增長卻在后期穩定下來（后面7次平均值為107.5mA），沒有逐次明顯增長的趨勢，不太像內部受潮缺陷。如果是氧化鋅電阻片劣化，其直流1mA下的參考電壓變化卻不明顯，且為正數增長。最終我們對該避雷器進行更換處理以及返廠檢查分析。經檢查分析，該避雷器在局放試驗檢查時存在較大的局放量，解體發現內部中上部氧化鋅電阻片與膠套存在明顯空隙，以及鍍鋁層變黑的等異常情況，屬于內部空隙電場不均引起局放而導致局部過熱。

圖4　避雷器內部空隙

圖5　鍍鋁層變色脫落

4　結論

近年來，東莞供電局采用避雷器帶電測試的方法代替停電試驗，提高了供電可靠性，并通過近幾年來多起避雷器缺陷的的發現，證明實際相角法在實際的應用及缺陷診斷方面還是行之有效的，但也并非絕對完美的，因為實際上帶電測試仍然存在一些問題有待解決：

1）MOA小電流區伏安特性易受溫濕度影響，在不同地方、時間下所采集到的信號會產生誤差［7］。

2）電磁干擾、耦合電容等因素的是測量誤差的重要來源，電壓等級的升高，測量誤差也升高。

3）運行系統的改變，導致在現場測試過程中接收的參考信號產生相位角漂移，給測試帶來影響。

4）實現避雷器狀態在線監測，以便掌握避雷器絕緣性能。

［1］ 張偉平. 避雷器阻性電流測試新方法［J］. 電瓷避雷器，2011（6）︰112-116.

［2］ 宋運平. 氧化鋅避雷器帶電測試方法探討［J］. 硅谷，2011（23）︰36-37，6.

［3］ 嚴玉婷，黃煒昭，江健武，等. 避雷器帶電測試的原理及儀器比較和現場事故缺陷分析［J］. 電瓷避雷器，2011（2）︰57-62.

［4］ 李開霞，張金波，胡鋼. 用相角差法判斷金屬氧化物避雷器性能優劣的研究［J］. 高壓電器，2008，44（1）︰23-25，31.

［5］ 楊殿成. 金屬氧化物避雷器帶電測試干擾分析［J］.高壓電器，2009，45（5）︰130-132.

［6］ Q/CSG114002—2011. 電力設備預防性試驗規程［S］.

［7］ 朱煥杰，林建輝. 金屬氧化物避雷器的運行故障分析及監測方法［J］. 絕緣材料，2008，41（3）︰56-59.

Application of Electric Test in the Field of Lightning Arrester based on the Actual Phase

Wang Zhi
（Dongguan Power Supply Bureau，Dongguan，Guangdong523000）

This paper introduces the new method of arrester charged test now in Dongguan Power Supply Bureau，and through the leakage current and resistive component testing，successfully found a lightning protector defects. The example is given to illustrate the new method can achieve the effect to find the defect without equipment power outage，to further validate the use of arrester charged test is feasible to replace the traditional power failure preventive test.

MOA； arrester charged test； leakage current； resistive component

王植（1987-），男，廣東東莞人，本科，助理工程師，主要從事高電壓試驗工作及試驗技術研究。