基于金屬氧化物避雷器阻性電流的帶電測試新方法

王 佼

(國網河北省電力有限公司保定供電分公司，河北 保定 071051)

金屬氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester，MOA)的非線性電阻閥片主要成分是氧化鋅，具有極為優越的非線性特性[1]。在運行中測試MOA泄漏電流的阻性分量，可以分析判斷設備是否存在受潮、老化等劣化趨勢及缺陷。2018年修訂的《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》要求“金屬氧化物避雷器，必須堅持在運行中按規程要求進行帶電試驗，35～500kV電壓等級金屬氧化物避雷器可用帶電測試替代定期停電試驗”。由此可見，對運行中的MOA開展阻性電流帶電測試工作是非常重要的。

1 傳統帶電測試方法

運行電壓下，MOA泄漏電流的阻性分量極小[2]。目前，最常用的MOA阻性電流帶電測試方法是二次電壓參考法。該方法通過電壓單元獲取電壓互感器(Voltage Transformer，TV)或電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)的二次側電壓，通過電流單元獲取MOA接地回路的全電流，再測試全電流與參考電壓之間的角度來確定阻性電流大小。

二次電壓參考法的參考電壓取自TV或CVT的二次電壓，如圖1所示。在不考慮儀器誤差的情況下，誤差產生的主要原因是TV或CVT的一次電壓與二次電壓之間固有的相角差，其最大誤差不大于±2°，可以滿足測試要求。

圖1 二次電壓參考法測試接線示意

該方法需要在運行中的TV或CVT的二次回路上進行試驗接線。如果接線錯誤可能會引起TV或CVT二次回路短路，造成母線失壓，甚至引起主變壓器跳閘或者備自投動作。所以，二次電壓參考法給系統的安全和可靠性帶來了不穩定因素，同時現場的工作效率也隨之降低。國家電網有限公司提出“三型兩網、世界一流”的新戰略目標，對電力系統安全性和可靠性的要求越來越高。在新形勢下，提出了一種以CVT低壓電容尾端接地電流作為參考的MOA阻性電流測試的新方法。

2 容性設備參照法

目前，110kV及以上電壓等級的母線避雷器、線路避雷器安裝處，一般都安裝CVT，這就為容性設備參考法的使用提供了條件。正常運行中，CVT電容單元介質損耗極小，一般小于0.002，中間變壓器對其整體流過的電容電流也影響很小。CVT電容尾端對地流過的電流與相電壓相比，相位差基本為90°，誤差小于±0.5°。因此，可以將CVT作為標準電容器，通過對比電容尾端對地電流Ic與MOA接地引線電流Ix的相位差δ，應用傅里葉變換轉換到頻域進行分解，可分別得到避雷器的阻性電流Ir和容性電流Ic的各次諧波分量，經相應的數據處理后，再返回時域合成總泄漏電流Ix和容性電流Ic，再根據阻性分量Ir的變化情況來判斷MOA的運行狀況。

測試時，同時接入參考電流和測試電流信號，參考電流信號取自與待測金屬氧化物避雷器同母線的CVT的電容電流，測試電流信號取自避雷器的泄漏電流，接線方式如圖2所示。

圖2 容性設備參照法測試接線示意

CVT電容電流的獲取需要將低壓電容尾端引出接地，再通過高精度鉗形電流傳感器在接地引線上取得。鉗形電流傳感器的精度是影響整個測量系統的關鍵，需采用零磁通技術、屏蔽技術等方法來降低鉗形電流傳感器測試誤差[3]。鉗形電流傳感器的工作原理如圖3所示。

圖3 鉗形電流傳感器原理

3 現場測試對比

為了驗證新方法的安全性和準確性，對二次電壓參考法與容性設備參考法的測試數據進行了對比。

3.1 安全性及工作效率方面

二次電壓參考法，需要在運行中的TV或CVT的二次端子箱中接線，接線后為防止由于接線掉落等原因造成二次線圈短路需要留人看護，這項工作至少需要2人，且至少1人熟悉二次端子箱接線。接取避雷器泄漏電流信號，至少需要2人。因此，傳統試驗方法至少需要4人完成，且存在二次回路短路的風險。

容性設備參考法，使用鉗形電流傳感器接在CVT低壓電容尾端接地引線上，不會對運行設備造成影響，工作也可只需2人就能完成。而且，由于CVT與避雷器安裝位置非常近，所用試驗線短，接線時間短，從而提高了工作效率。

3.2 數據準確方面

現場選取了某110kV變電站一組110kV母線避雷器，分別采用2種方法進行帶電測試，試驗數據如表1所示。其中，二次電壓參照法的二次電壓取自該110kV母線CVT的二次電壓，容性設備參照法的參考電流取自該110kV母線CVT的電容尾端接地引下線。

表1 某110 kV母線避雷器阻性電流測試數據

容性設備參照法與二次電壓參照法比較，相同相全電流峰值最大誤差為-1.52%，相同相阻性電流峰值最大誤差為-2.86%;二次電壓參照法下三相之間全電流峰值偏差為2.46%，三相之間阻性電流峰值偏差為24.19%;容性設備參照法下三相之間全電流峰值偏差為1.40%，三相之間阻性電流峰值偏差為20.52%。

從以上分析可知，容性設備參照法測試數據準確，并且在測量異相間的電流時，其數據要比二次電壓參照法的偏差小，更為準確。

4 當前制約條件及推廣前景

容性設備參照法，需要將CVT的電容尾端接地引出以方便測試。但是目前CVT電容尾端在二次接線盒內部直接接地。所以，需要對設備進行改造，或在設計、安裝時直接將電容尾端引出接地。從長遠來看，改造雖增加了一定成本，但改造后可更加方便地對CVT電容尾端接地情況進行檢測(如測量電流、紅外測溫等)，也可方便地實現電容型設備電容及介損的帶電檢測和在線測試，為容性設備參照法MOA帶電測試的開展提供了條件。

總之，容性設備參照法通過使用鉗形電流傳感器從CVT的電容尾端接地引線上獲得參考信號，在測試數據準確度上完全滿足現場要求，在工作效率及安全方面都有明顯的改善。因此，容性設備參照法在MOA阻性電流帶電測試上具有推廣價值。