氧化锌避雷器带电试验影响因素及控制对策探讨

氧化锌避雷器带电试验影响因素及控制对策探讨

杜纯

广东电网有限责任 公司汕头供电局 广东汕头 515041

摘要:本文主要对氧化锌避雷器的结构、损害原因与其带电测试方法进行阐述，并对氧化锌避雷器带电试验的影响因素及控制对策进行了探讨，以供同仁参考。

关健词:氧化锌避雷器；结构特点；损害原因；带电测试；影响因素；控制对策

一、序言

氧化锌避雷器在保护电力系统安全运行方面发挥着不可替代的作用。在实际应用过程中，氧化锌避雷器仍然存在一些典型缺陷，对电力系统安全形成威胁。因此，全面分析其缺陷特点，提高对问题的检测水平，是加强避雷器防护效果的重要手段。而带电测试可以减少设备的停电次数，保证电气设备运行的经济性及连续性。基于此，本文主要对氧化锌避雷器的结构、损害原因与其带电测试原理及方法进行阐述，并对氧化锌避雷器带电试验的影响因素及控制对策进行了探讨，以供同仁参考。

二、氧化锌避雷器的结构及损害原因

氧化锌避雷器主要由氧化锌电阻阀片构成，氧化锌电阻阀片主要由氧化锌混入Bi₂0₃、Sb₂0₃、C0₂0₂等金属氧化物，经过特殊处理工艺而制成，氧化锌避雷器基本结构如图所示。氧化锌避雷器的主要组成构件为ZnO电阻阀片，在正常运行状态下，为改善氧化锌避雷器内部各电阻阀片上的电压分布状况，避免因电压承担率较高造成阀片击穿，往往在避雷器顶端加装均压环，并在避雷器内部安装有均压电容。因此在正常运行状态下，避雷器内部各阀片上所承受的电压降的偏差在10％以内。但由于氧化锌避雷器的长期在线运行，避雷器顶端的阀片因承受电压降最大，不可避免地造成阀片劣化，使得流过老化阀片的阻性电流增大，有功功率损耗增加，继而造成温度升高，使其相邻阀片老化速率加快，形成恶性循环，最终造成氧化锌避雷器损坏。

图1、氧化锌避雷器内部结构图

三、氧化锌避雷器的带电测试方法

随着科技的发展进步，目前已实现对氧化锌避雷器的带电测量，下面就带大家了解氧化锌避雷器带电测试仪的使用方法。 

（1）全泄漏电流法。全泄漏电流法测试其原理可阐述为：通过安装在避雷器接地端放电计数器上的微安表，测得能够反应氧化锌避雷器受潮和其芯片老化程度等的全泄漏电流。带有微安表的放电计数器现已是氧化锌避雷器不可或缺的部分，工作人员在对设备定期巡查时,通过该微安表记录下全泄漏电流的变化情况,为避雷器工作状态的分析判断提供必要的参考依据。正常工作状态下，避雷器全泄漏电流只有几毫安，其中容性电流所占比重较大，而阻性电流所占比重通常不超过百分之二十，即使阻性电流因阀片受潮老化而大幅提高，全泄漏电流的变化也可能不大，这就使得该微小变动在天气恶劣、外瓷套存在污垢的情况下将难以辨别。与此同时，在测试现场也可以发现，放电计数器难免会出现制造工艺不良或密封效果不佳的状况，这就使得在使用在线检测仪短接计数器的时候，计数器全电流无变化或指示失真的状况，由此可知，由该测试方法不会得到较高的准确率，而只能对绝缘严重劣化或避雷器阀片严重受潮老化等使避雷器性能发生重大变化的情况做出反应。

（2）零序电流法。零序电流法又被称作三次谐波法，当系统电压中不存在谐波分量时，氧化锌避雷器的三相全泄漏电流由于相角的差异，三相基波阻性电流与三相基波容性电流的向量和均是零，而通过零序电流互感器测得的三次基波零序电流等于三倍的三次谐波阻性电流Ir3。又由于存在比例关系函数Ir=Ir3，可以容易求出避雷器阀片阻性电流，尤其在当避雷器阀片受潮或老化的时候会引起三相电流的不平衡，进而导致三次谐波零序电流的大幅提高，通过上述比例函数关系即可推出三相基波阻性电流，进而发现避雷器中存在的隐患。
（3）双CT法。双CT法是种常用的测试方法，双CT测试法具有相对强大的测试功能，依靠软件分析计算以实现氧化锌避雷器带电测试。
（4）补偿法。所谓补偿法就是根据氧化锌避雷器线电压与其全泄露电流中容性电流之间的位角关系，利用补偿信号对容性电流进行补偿进而得到阻性电流。通常情况下，三相交流电的各相电压之间是对称的且相角互差120°。在传统补偿法中，是从电压互感器二次侧获得电压信号，而经改进过的补偿法需从串联在避雷器底部的取样阻抗获取电压信号，传统的人工补偿法也逐渐被计算电路取代实现自动补偿。而该补偿法只有在测试单相避雷器时才会具有较高的准确率，而对于一字排列的三相避雷器，容性电流与线电压之间的相位差会因三相相间干扰而偏离理想状态下的180°或0°，因而无法对容性电流实现完全补偿，对测量结果造成误差。尤其对于超高压避雷器，由于超高压电网中有大量谐波电压存在，使得上述相交差存在更大的差异，更会影响测试结果的准确性。
（5）基波测试法。测试现场最常用的带电测试方法即为基波测试法，其基本原理将测试得到的母线电压和全电流信号通过数字处理器进行傅里叶变换，分离出全电流信号中的阻性电流信号，并通过其变化趋势，判断避雷器受潮或老化的状况。该测试方法可以弥补补偿法因谐波电压无法完全补偿容性电流的缺点，并可以弥补在三次谐波法中，因避雷器阀片之间差异影响阻性电流与三次谐波阻性电流间的函数关系，而对设备运行状态进行更准确的判断。

（6）谐波分析法。通过使用高精度电压互感器和电流互感器获得避雷器泄漏电流，通过MCU的高速数据处理能力进行快速傅里叶变换，将采集的现场信号从时域转化到复频域，然后对转化后的分析，获得氧化锌避雷器的运行状态。该方法测量参数少，仅需电压互感器和电流互感器即可获得所需测量信号，但谐波分析法对MCU要求较高，需要MCU有出色的数据处理能力，能够实现快速傅里叶变化，从而获得电流的基波分量及各次谐波分量。与其他方法相比，谐波分析法虽然对避雷器带电测试系统硬件要求较高，但其对避雷器的运行状态分析更为全面，能够发现阀片老化、受潮、污脏等多种故障。谐波分析法灵敏度高、可靠性好、抗干扰能力强，是目前应用较为广泛的避雷器测试手段。

四、氧化锌避雷器带电测试结果的干扰因素

（1）避雷器阻性电流测试会受自身及周边环境电磁场干扰，其中最常见的是三相避雷器间的相间杂散电容干扰。三相氧化锌避雷器排列呈一字型，运行中的三相氧化锌避雷器，通过杂散电容相互作用，一般认为在两边相的作用之下B相受到的影响相互抵消，A、B相B、C相之间相当于存在一个杂散电容、A、C间隔较远影响可忽略不计。在相间电容的影响下两边相避雷器全电流发生相位和幅值变化，向量图上A、C相电流分量向B相偏移，而数值上A相测得的阻性电流分量比实际偏小，C相测得的阻性电流比实际偏大，此时为了更贴近真实数据一般可以采用补偿角度法修正数据，补偿角度法一般分为手动补偿和自动边补，其核心原理即假定B相相对A、C相影响是对称的，测出的lc超前Ia的角度θca，A相补偿θo＝（θca－120°）／2，C相补偿-θo＝-（θca－120°）／2。考虑虑A相与C相对B相的干扰对称，B相阻性电流基本不变，不需补偿。一般带电测试仪器对相间干扰进行补偿，角度会比理论值偏差1－4°，相间干扰是固定的，采用历史数据的纵向比较，仍能较好地反映金属氧化物避雷器运行情况，也可不使用仪器补偿直接用原始数据对比，也能反应避雷器运行对应趋势。

（2）氧化锌避雷器表面泄漏的影响。在湿度较大、盐分密度较高的区域，氧化锌避雷器表面泄漏对带电测试的影响较大，所以最好可以在相对湿度比较小的情况下进行测量，同时也可以利用停电等安全试验允许的机会在氧化锌避雷器靠近底座的瓷瓶上加屏蔽，这样便可以排除表面泄漏的影响。

五、氧化锌避雷器带电测试影响因素的控制对策

（1）对法兰及引下线进行屏蔽。如果屏蔽措施做的好。那么下述的第一个影响因素就可以得到很好的控制。GIS避雷器的带电测试结果之所以比较稳定而且还没有相间差别就是因为它的金属外壳发挥了重要的屏蔽作用。因此在氧化锌避雷器的制造过程中在不影响外绝缘的条件下适当的增加一个结构紧固的法兰屏蔽层(注意结构-定要紧固，以防止在运行中放电和振动)便可达到停电测试时所采取的屏蔽效果。这样不仅可以消除周围强电场的经典耦合作用，还可以消除表面污秽和气候条件的影响，对带电测试和在线监测都是很有益处的。

（2）增加伏安特性测试。在氧化锌避雷器的型式试验中，增加伏安特性测试获得所用避雷器型号的伏安特性曲线，然后根据被测试的伏安特性曲线对不同电压运行电压下测得的数据进行插值等效直至同一电压，这样所得的测试数据的可用性就大大增加了，其中伏安特性的测试主要包括系统持续运行电压、额定运行电压和交流参考电压等重要点下的全电流及阻性电流等。

六、结语

总之，随着智能电网的不断发展，电力设备检测也向着在线监测的方面发展。对于金属氧化物避雷器来说，对其进行带电检测的过程中应与信息技术相结合，以现代化手段使避雷器中存在的缺陷被准确的反映出来，使其得到及时有效的监控与解决，进而促进我国电网的健康高效发展。
　　

参考文献
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