氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電測試研究

摘要：采用可消除現(xiàn)場干擾的氧化鋅避雷器在運行電壓下帶電檢測方法，比停電條件下直流泄漏電流的測試具有明顯的優(yōu)點。本文主要分析了相間電容耦合對泄漏電流的影響和消除其影響的方法。
關鍵詞：氧化鋅避雷器；帶電測試；阻性電流；容性電流；相間電容耦合

     避雷器是電力系統(tǒng)重要的電氣設備之一，它對電力系統(tǒng)的安全運行起著十分重要的作用。氧化鋅避雷器（MOA）是一種與其它類型避雷器有很大差異的新型避雷器，由于其性能上的明顯優(yōu)點，它在電力系統(tǒng)得到了廣泛推廣和應用。

      為了使氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)安全可靠運行，電力行業(yè)標準DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》對氧化鋅避雷器預防性試驗規(guī)定的主要內(nèi)容如下：
（1）直流泄漏電流試驗時，通過1mA時的電壓U1mA與初始值或制造廠規(guī)定值比較，變化不大于±5％，0.75U1mA電壓下的泄漏電流不應大于50μA。
（2）運行電壓下的全電流、阻性電流或功率損耗測量值與初始值比較，有明顯變化時應加強監(jiān)測，當阻性電流增加1倍時，應停電檢測。

由《規(guī)程》可知，氧化鋅避雷器預防性試驗包括停電條件下直流泄漏電流試驗和運行電壓下帶電測試。但當電力系統(tǒng)的運行電壓較高，發(fā)電廠（或變電站）避雷器數(shù)目較多時，停電條件下作直流泄漏電流試驗有很大的困難，因此，運行電壓下的氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電測試越來越受到重視。

1 氧化性避雷器運行電壓下現(xiàn)場帶電測試的重要性

      氧化性避雷器是在上世紀80年代中期開始得到推廣應用的②，1996年國家出臺的《規(guī)程》對運行電壓下氧化性避雷器的現(xiàn)場帶電測試有明確的規(guī)定。隨著計算機技術的飛速發(fā)展和高壓電氣設備測試水平的不斷提高，實踐證明對氧化性避雷器更多項目的測試（例如泄漏電流的阻性電流、容性電流有效值，阻性電流、容性電流分量峰值，泄漏電流諧波分量、諧波分量功率損耗值等項目的測試）更能準確反映避雷器的運行狀況。表1 為某330kV變電所氧化鋅避雷器運行時現(xiàn)場檢測的一組數(shù)據(jù)。

表1  某330kV變電所氧化鋅避雷器運行實測結(jié)果表

    對表1數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)場C相避雷器的阻性電流Ir在超過0.3mA（峰值）后，增長速度很快，為投運初期的20倍，于是決定該相避雷器退出運行，進行解體檢查后發(fā)現(xiàn)，該相避雷器內(nèi)部應裝配條件不合格已受潮。
若用戶按《規(guī)程》規(guī)定：在每年雷雨季節(jié)前作停電條件下直流泄漏電流試驗，C相避雷器的缺陷可能不會及時發(fā)現(xiàn)，后果不堪設想。因此，對氧化性避雷器運行電壓下現(xiàn)場帶電測試有著十分重要的意義!

2 現(xiàn)場干擾測試數(shù)據(jù)的影響
2.1 MOA現(xiàn)場帶電測試結(jié)果分析
    隨著高壓電氣設備測試技術的發(fā)展，氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電測試實現(xiàn)的原理并不困難。但是通過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)有很大偏差。表2 為某500kV變電站氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電測試結(jié)果表。

表2  某500kV變電站氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電測試結(jié)果表 

     由表2數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，對于同型號、同批生產(chǎn)在現(xiàn)場呈一字排列的正常氧化鋅避雷器，在運行情況下測得各相MOA的泄漏電流Io值相差很小，而阻性電流IR和功率損耗P卻有顯著差別，而且往往是中間相（B相）的數(shù)據(jù)居中，而A相值偏大、C相值偏小。

2.2 相間電容耦合對測試數(shù)據(jù)的影響
    三相MOA呈直線排列時泄漏電流及相間電容耦合示意圖如圖1所示。

圖1  三相MOA呈直線排列時泄漏電流及相間電容耦合示意圖

     由圖1可見，邊相A相底部測量的泄漏電流 為 和 電流之和，即 ，其中 為A相避雷器運行電壓 產(chǎn)生的實際泄漏電流， 可分解為容性電流 和阻性電流 ，即 ；式中 為鄰相B相與A相間的雜散電容CAB所引起的容性干擾電流，因C相距離A相較遠，其影響可忽略不計。同理，C相相底部測量的泄漏電流 可以類似得出。因為B相位置居中，A、C兩相對其的電容耦合效應基本對稱，影響可忽略不計，從表2的數(shù)據(jù)也可以說明此點。相間耦合電容對A、B兩相MOA泄漏電流影響的相量圖如圖2所示。
     現(xiàn)場測試時，MOA泄漏電流的容性電流分量是主要的，而阻性電流分量所占的比例很小；由于相間電容耦合產(chǎn)生的干擾電流不大，所以，其對容性電流分量的影響很小，而對阻性電流分量的影響較大（對功率損耗的影響也較大）。分析圖2所示MOA各電氣量的相量關系可見，B相對A相干擾，使A相底部測量的泄漏電流 比 的功率因數(shù)角減小了φ，B相對C相干擾，使C相底部測量的泄漏電流 比 的功率因數(shù)角增大了φ；亦即B相對A、C相的干擾，使A相底部測量的泄漏電流 的阻性電流分量增加了 ，而使C相底部測量的泄漏電流 阻性電流分量減少了 。

圖2  相間耦合對泄漏電流測量影響的相量圖

3 消除相間電容耦合對泄漏電流測量值影響的措施

    通過以上分析，要消除相間電容耦合對泄漏電流測量的影響可以采取兩種方法，不妨分別稱為硬件法和軟件法。
1.硬件法：在被測MOA的下端的瓷套外貼以金屬箔電極，屏蔽相間耦合電容對泄漏電流測量的影響。

圖3 修正功率因數(shù)角φ求取相量圖

2.軟件法：取邊相A相的電壓互感器 的電壓信號和邊相A、C兩相泄漏電流信號，分別測得相位角φA、φC。由圖3可知：φC－φA ＝1200＋2φ，則可得  φ＝（φC－φA －1200）／2。通過測試儀器的軟件修正功率因數(shù)角，使A相的功率因數(shù)角 ＝φA＋φ，C相的功率因數(shù)角 =φC－φ，再通過軟件計算公式可以消除相間耦合電容對MOA泄漏電流 、 及各分量的影響。
顯然，“軟件法”安全、簡單可靠，在現(xiàn)場得到廣泛的應用。

4. 結(jié)論
    采用可消除現(xiàn)場干擾的氧化鋅避雷器在運行電壓下帶電檢測方法，比停電條件下直流泄漏電流的測試具有明顯的優(yōu)點。氧化鋅避雷器現(xiàn)場帶電檢測，可以及時、準確地發(fā)現(xiàn)問題，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有著十分重要的意義。