淺析金屬氧化物避雷器高壓試驗技術與方法

國家電投集團貴州金元股份有限公司納雍發電總廠 馬 強

1 現場直流試驗的內容及現狀

金屬氧化物避雷器現場直流試驗的內容主要為測量電流泄漏和測量直流參考電壓，金屬氧化物避雷器≤750kV，就要對1mA直流下的電壓U1mA進行測量，以及泄漏電流下的0.75U1mA測量，對于金屬氧化物避雷器500kV，試驗交流電氣500kV設備預防性的規程，測量1mA直流參考電壓U1mA，還有泄漏電流下的0.75U1mA。金屬氧化物避雷器現場進行直流試驗與出廠試驗有所不同，出廠試驗可在潔凈和干燥環境中單獨試驗各個避雷器單元，而現場不但環境情況比較復雜，而且還有加壓接線的方式，都會一定程度上影響測量的結果，致使測量不準確，甚至會導致誤判情況出現[1]。

從已有分析和研究可了解，無論是金屬氧化物避雷器的表面泄漏還是加壓線與試品的夾角，都會影響直流泄漏電流。針對等于和小于500kV電壓等級的金屬氧化物避雷器分析和論證現場直流試驗，但500kV金屬氧化物避雷器進行直流試驗時，要將1mA下的參考電壓和0.75U1mA下的泄漏電流進行測量，因為增大試驗電流，現場非被試節泄漏影響電流測量更加復雜，限流電阻也更加明顯地影響試驗結果，從而很大程度地增加了現場工作量[2]。

如某變電站試驗金屬氧化物避雷器的直流高壓過程中，試驗結果有導常現象，500kV為該金氧化物避雷器兩端的電壓，為使試驗準確性得以保障，在該金氧化物避雷器上，將屏蔽線設置，現試驗第二次。試驗后可以了解到，相對規定的數值195kV，C相的避雷器U1mA值必須要大于該數值，U1mA值的誤差低于5%，符合相關的要求。泄漏電流0.75U1mA差值為74%，但泄漏電流的絕對值低于50微安，針對于金屬氧化物避雷器而言，泄漏電流比防備范圍小，直流參考電壓也比防備范圍小，故障問題應該不存在，但實際C相避雷器數值卻有明顯變化，表明金屬氧化物避雷器有故障存在。在排除故障時，檢查避雷器內部構造發現有開裂和擊穿現象出現，但沒有老化和受潮[3]。

無論是U1mA，還是0.75U1mA外表上看都與《電力設備檢修試驗規程》的安全規范相符合，但金屬氧化物避雷器還是產生了開裂和擊穿情況。現場對金屬氧化物避雷器進行試驗，影響的原因不是唯一的，應根據各種干擾源采取措施。

2 驗證故障試驗

為將影響高壓試驗的因素進行驗證，將避雷器分為出現開裂閥片和開裂沒有產生閥片兩組A和B，每組各15個閥片。為使試驗準確性更高，C組選擇取被擊穿的3個閥片，D組選擇取開裂的3個閥片，E組選擇正常的3個閥片，針對于5組閥片再做一次直流高壓試驗。5組試驗結果出來后進行比較，被擊穿閥片的直流參考電壓具有很大變化，泄露電流變化也很大。該金屬氧化物避雷器包括33片閥片，正常閥片其中也存在，致使無論是泄漏電流還是直流參考電壓都沒有太大的變化，與安全防備范圍還相符合，但實際上該避雷器的嚴重故障已經發生了。只將U1mA和0.75U1mA作為依據確定金屬氧化物避雷器故障不存在是很不正確的，應根據現場環境實際情況、被試避雷器實際情況、試驗所得結果等方面具體分析，判斷是否出現故障。

3 影響金屬氧化物避雷器直流試驗結果的因素和改進措施

3.1 影響試驗的主要因素

現場直流試驗能否準確，既受試驗接線方式和外部檢測環境影響，又受直流高壓設備自身影響。測量金屬氧化物避雷器直流泄漏電流時對結果主要影響有：高壓加壓引線對地雜散電流；瓷套表面泄漏電流；試品加壓端經空氣對地雜散電流；非被試節泄漏電流。此外試驗過程中，高壓發生器成套的裝置通常將限流電阻配備，以防閃絡產生電流過大或試品擊穿將試驗設備損壞[4]。使用限流電阻也會影響試驗結果，使參考電壓值和直流泄漏電流偏大。

金屬氧化物避雷器500kV現場測量泄漏電流下1mA電壓值，電流相對比較大，不能忽視了限流電阻的壓降UR，設備顯示輸出給高壓發生器的電壓U，根據UX+UR=U可知U比施加到試品上實際的電壓UX要大，最終造成讀取U1mA也偏大；對0.75U1mA下的泄漏電流值進行測量時，如將設備上0.75U1mA按鈕直接采用，下降電壓到0.75U1mA時泄漏電流只有幾十微安左右，相對于U1mA限流電阻上減小了壓降數十倍，造成最終試品上施加的電壓偏大，導致泄漏電流值的偏大[3]。

3.2 提升改進試驗準確性的措施

外部泄漏影響試驗結果的改進措施：利用帶屏蔽高壓加壓線，使雜散電流不經過微安表而是通過屏蔽層流過；在電流測量端與法蘭2～3個傘裙處加裝屏蔽環，從屏蔽層泄漏流過；利用絕緣包扎帶纏繞高壓加壓處的法蘭和線夾使雜散電流值減小[5]。針對于非被試節泄漏電流影響結果，根據500kV金屬氧化物避雷器現場試驗詳細地進行說明。

避雷器工作過程中并聯于配變，下端接到地上、上端連接線路，過電壓在線路上出現時三部分都對配變進行壓降。在三部分過電壓中，避雷器的殘壓與自身性能具有一定關系，有一定的殘壓值。而接地裝置殘壓運用接地引下線與配變外殼相接。接地裝置的殘壓通過接地引下線可與配變外殼相接，再運用接地裝置相連方式進行消除，對于怎樣將引上殘壓減小就是對配變進行保護的關鍵。引線阻抗與電流頻率的通過有關，頻率如果越高導電感就會越強，阻值也會越大。從U=IR可知，若想將引線上的殘壓減小引線阻抗就必須要縮小，而引線阻抗減小的可行方法就是將避雷器距配變的距離縮短，使引線阻抗減小，引線壓降降低。

現場引線不拆的500kV三節裝的金屬氧化物避雷器，當對中間節泄漏電流進行測量時，上端加壓和下端加壓，等效電路中都有一節并聯被試部分，受共同直流電壓的作用，2節泄漏電流相等，不能忽視了影響測量泄漏電流，這時需在接地端對泄漏電流進行測量[5]。此外，被試節泄漏為1mA時，非被試節泄漏已高于1mA的現象也會出現，因此條件允許的情況下，現場在高壓端加裝等于或者大于3mA微安表，將總的泄漏電流進行監測，以防高發設備過載。

限流電阻導致的試驗誤差主要有兩種解決方法：每節絕緣電阻能夠滿足要求和避雷器底座得以保證以及保護直流高壓設備內部過流可靠的情況下，設備輸出端限流電阻可以除去，設備輸出高壓可以直接加到試品上試驗[6]；將阻容分壓器接到避雷器加壓端，從分壓器將U1mA讀取、0.75U1mA值計算出來，對設備加壓按鈕用手動調節到分壓器讀數為0.75U1mA，將泄漏的電流記錄，設備上0.75U1mA的按鈕不可以直接使用。方法1：限流電阻直接去掉，在儀器保護完善和設備絕緣可靠的情況下，具有可行性；方法2：參考電壓值和直流泄漏電流可以準確地測量，但必須將分壓器加裝上，致現場工作量增加。