地鐵35kVGIS避雷器設備運行管理的探討

摘要：本文以貴陽地鐵1號線為例，從日常監測巡視、帶電特性測試、紅外測溫及診斷性試驗幾個方面，探討了避雷器設備的運行管理。

關鍵詞：避雷器 運行管理 貴陽地鐵1號線

目前國內地鐵的中壓供電網絡普遍采用35kV環網電纜供電，為節約地下空間，提高供電可靠性，35kV開關柜普遍采用GIS設備，其避雷器、電壓互感器、電纜終端頭等采用插拔式組件設計。地鐵的檢修作業具有天窗時間短，一般在4個小時左右，且基本都在夜間進行的特點，對于需要停電倒閘操作的，較為復雜的，技術含量要求較高的涉及設備拆裝試驗類的作業，基本無法在較短時間內完成。據國內主流品牌35kVGIS廠家提供的資料，在工廠環境，拆裝順利的條件下，僅拆裝1組三相插拔式避雷器就需2小時。地鐵一個典型的變電所通常有兩段母線，即有2組三相插拔式避雷器，且拆裝避雷器對現場環境溫濕度及潔凈度要求較高。因此，將已在試驗室條件下測試合格的避雷器與所內避雷器進行拆裝替換的作業方法難度較大，風險較高，一旦出現異常情況將導致運營時間整個變電所無法送電的情況。據了解，國內大多數已運營地鐵均不對運行中的35kVGIS避雷器進行定期的拆裝、試驗，僅在故障情況下更換。

本文以貴陽地鐵1號線為例，探討如何對地鐵的35kV避雷器設備進行有效的管理，及時發現缺陷和隱患，避免重大故障。

1、日常監測巡視

貴陽地鐵1號線35kVGIS開關柜采用西門子8DA10型開關柜，每段母線配置1組避雷器，共2組，避雷器型號為CM-35型屏蔽式插接避雷器，技術參數如表1所示：

開關柜配置了MIMD10-A3-Z1型在線式避雷器監視器，其本質是帶漏電流監測功能的避雷器放電計數器，可在線監測并存儲避雷器漏電流和雷擊次數。當避雷器正常工作時，若裝置檢測到某一相漏電流大于設定值時，對應的漏電流在屏幕閃爍，若裝置檢測到某一相漏電流T0時刻大于設定值時，則自動記錄一次檢測值，若裝置檢測到某一相漏電流大于設定值持續40s時，則報警輸出接點導通。當避雷器動作時，裝置自動記錄一次動作次數。根據避雷器參數，避雷器漏電流報警閥值設置為2mA。正常運行時，巡視人員每天記錄避雷器運行狀態下的泄漏電流及動作次數，若短時間內泄漏電流有增長趨勢，則做進一步的試驗檢查。目前貴陽地鐵1號線的35kVGIS避雷器運行中的漏電流在0.15mA～0.19mA之間，符合正常運行時的漏電流值。

2、帶電特性測試

依據DL/T393-2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》及Q/GDW1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，在每年雷雨季節前，開展全線避雷器帶電特性測試，通過對比歷年帶電測試數據的差異，找出懷疑有缺陷的避雷器，做進一步的診斷性試驗。帶電特性測試內容主要包括避雷器交流泄漏全電流Ix、阻性電流分量Ir、容性電流分量Ic等，是目前判斷避雷器劣化或受潮情況行之有效的重要依據之一。其基本原理可由運行時避雷器等效電路反應，如圖1所示。

依據DL/T474.5-2006《現場絕緣試驗實施導則 避雷器試驗》，使用避雷器特性測試儀對全線各站的35kV插拔式避雷器進行帶電測試，數據如表2所示。

限于篇幅，表2僅列出全線正線的4個牽引降壓混合變電所的數據，實際測試包含全線所有變電所（含24個正線變電所，1個控制中心變電所，1個車輛段變電所，1個停車場變電所，2個主變電所）。通過與歷史數據及同組間其他避雷器的測量結果相比較做出判斷，彼此間無顯著差異，主要指標阻性電流初值差≤50%，且全電流≤20%。此外，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。另據研究表明，阻性電流的基波成分增長較大，諧波的含量增長不明顯時，一般表現為污穢嚴重或受潮，阻性電流諧波的含量增長較大，基波成分增長不明顯時，一般表現為老化，僅當避雷器發生均勻劣化時，底部容性電流不發生變化，發生不均勻劣化時，底部容性電流增加。避雷器有一半發生劣化時，底部容性電流增加最多。相間干擾對測試結果有影響，但不影響測試結果的有效性，采用歷史數據的縱向比較法，能較好地反映氧化鋅避雷器運行情況。貴陽地鐵1號線運行至今，避雷器在線測試數據均在正常范圍內。

3、紅外測溫

依據DL/T664-2016《帶電設備紅外診斷應用規范》，DL/T393-2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》及Q/GDW1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，對貴陽地鐵1號線避雷器進行每月1次的紅外測溫巡檢，檢測避雷器本體及電氣連接部位，紅外熱像圖顯示應無異常溫升、溫差和/或相對溫差。避雷器屬電壓致熱型設備，應用圖像特征判斷法，結合正常圖像特征，判斷熱像圖是否異常，正常運行工況下，熱像特征為整體輕微發熱，熱場分布均勻，較熱點一般靠近上部，若熱場分布不均勻，整體（或單節）發熱或局部發熱，則判斷為異常，當溫差大于0.5～1K時，需退出運行并進行診斷性試驗，納入嚴重及以上缺陷處理。圖2以2019年5月車輛段變電所35kV Ⅰ段母線避雷器的紅外熱像圖為例，可以看出熱場分布均勻，無明顯異常發熱，后期軟件分析溫差滿足要求，設備運行正常。

4、診斷性試驗

當結合以上幾種在線測試數據綜合分析判斷為異常的避雷器，則需拆卸后做進一步的診斷性試驗，對避雷器絕緣電阻、U1mA、I0.75U1mA進行測試，測試結果應符合電力設備預防性試驗規程的相關規定。此外，由于正常的避雷器具有良好的非線性伏安特性，伏安特性曲線拐點明顯，而劣化嚴重的避雷器伏安特性接近線性，基本無限制過電壓的性能，因此也可通過伏安特性曲線作為輔助判斷避雷器閥片劣化的依據。

5、結語

由于筆者水平有限，本文僅以貴陽地鐵1號線為例，從日常監測巡視、帶電特性測試、紅外測溫及診斷性試驗幾個方面，探討了避雷器設備的運行管理。鑒于地鐵供電系統的特點，對供電可靠性要求較高，作業維修天窗時間較短，在當前國內地鐵普遍采用35kVGIS和插拔式避雷器的現狀下，避雷器作為地鐵供電系統中重要的過電壓保護一次設備，其檢修試驗的方法、周期，日常管理等，仍值得運營單位積極探討。

參考文獻：

[1]雷紅才，漆銘鈞.電力設備技術監督典型案例 避雷器及開關類設備[M]北京：中國電力出版社，2017.6

[2] Q/GDW1168-2013.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S]

[3] DL/T393-2010.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S]

[4] DL/T664-2016.帶電設備紅外診斷應用規范[S]

作者簡介：胡伊男（1983.6-- ），男，貴州大學，本科，工程師，貴州省貴陽市城市軌道交通集團有限公司運營分公司，主要從事變電專業管理工作。