氧化锌避雷器阻性电流带电检测方法及误差分析

氧化锌避雷器阻性电流带电检测方法及误差分析杨继红、付晶晶新疆电力公司超高压公司2011年11月18日氧化锌避雷器阻性电流带电检测方法及误差分析新疆电力公司超高压公司 杨继红、付晶晶内容摘要：介绍了氧化锌雷器带电检测的原理和方法，现场试验时干扰、及 误差分析，提出了对氧化锌雷器带电检测数据的分析与判断方法。关键词： 氧化锌避雷器 带电检测 误差分析1 概述避雷器作为电力系统过电压保护装里，是极其重要的电力设 备，其性能的优劣对电气设备的安全运行起着重大作用，在避雷 器家族中，氧化锌避雷器因具有保护比小、通流量大、非线性性 能好等优点，我国从 90 年代开始引进氧化锌避雷器已逐步取代 碳化硅避雷器而处于垄断地位。氧化锌避雷器在长期运行电压作用下，阀片长期有泄露电流 通过，泄漏电流I为一合成电流，它由阻性泄漏电流I和容性电 0R 流 I 组成。氧化锌避雷器在长期运行过程中，绝缘性能可能会逐 c 渐下降。原因主要有两个，一是避雷器结构上密封不严造成内部 受潮;二是氧化锌阀片长期承受工频电压而容易老化。运行中氧 化锌避雷器的外部瓷套受污秽及潮气作用时，外部瓷套的电位分 布发生了变化，内部阀片与外部瓷套之间存在较大的径向电位 差。当径向电位差达到一定数值，可能引起径向局部放电并产生 脉冲电流，甚至烧熔阀片。氧化锌避雷器承受雷电过电压或其他 暂态过电压，如瞬时发热大于散热能力，吸收的冲击能量不能及 时散出去，容易引起氧化锌阀片的劣化和热破坏引起爆炸。避雷 器阀片老化是常见故障，而且该故障是一个缓慢发展的过程，仅 靠每年一次的预防性试验，难以准确反映现场运行条件，不能完 全保证避雷器的安全运行。因此，为了使氧化锌避留器能保持正常的工作状态 .必须对 它进行运行监视.掌握其老化发展的情况 .以便在事故初期阶段 就能发现异常.防患事故于未然是很重要的 .最有效的方法是对 110kV 及以上电压等级的氧化锌避雷器定期带电测试，监测避雷 器各参数（全电流、阻性电流、有功损耗）的变化情况，从而及时诊断出避雷器异常现象，有效防止避雷器的突发事故，确保避雷 器和电力系统安全可靠运行。2 氧化锌避雷器带电检测的基本方法氧化锌避雷器带电检测的基本方法有如下几种：2.1 全电流法为采用漏电流指示型计数器（避雷器监测器），它除保留了原避雷 器计数器的计数功能外，增加了避雷器漏电流指示功能。在持续 运行电压下，长期指示氧化锌避雷器的漏电流值，在过电压下又 能记录避雷器的动作次数，此方法简单可行.但对早期老化产品 不灵敏。2.2 阻性电流法 通过各种测量手段将避雷器泄漏电流中流过氧化锌避雷器阀片 的阻性电流分量分离出来，由此来反映避雷器阀片劣化情况，方 法较复杂.对早期老化产品测量比较灵敏，得到广泛应用。2.3 功率损耗法 测量因阻性电流而产生的测量功率损耗增加来表征氧化锌避雷 器阀片的劣化情况。2.4 谐波法谐波法的原理是将氧化锌避雷器的全电流通过一个带通滤波器， 滤出谐波分量，再经过放大器检出三次谐波分量的峰值，然后根 据它与阻性电流峰值函数关系，从而得到阻性电流峰值。其缺点 是受电网谐波的影响较大，而且不同厂家生产的氧化锌避雷器的 三次谐波峰值与阻性分量峰值关系不唯一，因而误差较大。2.5 测温法采用红外测温仪对避雷器本体进行测温，当避雷器受潮等劣化出 现时，流过避雷器的全电流不大，功率损耗增加而产生的避雷器 本体温度升高。此方法需修漏电流增加较大有功损耗较多时才能 发现，对故障初期反映不明显。3. 阻性电流的测量原理 金属氧化锌避雷器中氧化锌阀片的组成及其等效电路如图1 所示 基本向量图如图2 所示Io-師电流Ir-阻性电流Ic-容性电流U（）-系统电压 图2避雷器泄漏电流向量示意图id二 h irIo-泄漏电流Ir-阻性电流Ic-容性电流图1.氧化锌避雷器等值电路图3.1 瞬时法：在氧化锌避雷器等值电路（如图1所示）中，则将氧 化锌避雷器看作为R和C并联。外施正弦交流电压.当电压信号 过零时 I =0.电流信号为电容电流 I ;当电压信号达到波峰时Rc1=0，电流信号为阻性电流I。cR3.2 投影法：投影法的基本原理就是从被测氧化锌避雷器中取总的电流信号I再取一个与被测氧化锌避雷器两端电压同相的0电压U，总电流I在电压矢量上的投影即是氧化锌避雷器的阻性00电流 I （ 如图 2 所示） 。R3.3 补偿法：在正常的情况下，三相交流电源的各相电压是对称 的，其相位角互为 120，这样，任何一相的相电压与另外两相 的线电压自然地互为正交关系，在运行电压作用下，任何一相泄 漏电流的容性分量与另外两相的线电压成同相或反相关系。用电 压与电流的相位关系可实现对容性电流分量的补偿，从而测出避 雷器泄漏电流中的阻性分量。4. 阻性电流的现场测量干扰分析现场试验发现，特别是在750kV场地，当同类型的氧化锌避 雷器组成三相而呈一字排列时. 用阻性电流测试仪进行阻性电流 测试.三相的阻性电流往往相差很大.甚至会有负值出现，基本规 律为ABC。产生这种误差的主要原因是：（1）由于该方法需从PT二次取电压信号，而PT本身存在相移， 通常仪器采用典型90补偿法，在PT电压信号存在相移时，不 能进行有效的补偿，使测量值的可信度降低。(2) 由于现场各种电气设备间电磁场的相互影响，使得电气设备 间杂散电容较大，避雷器不仅受本身电压的作用，还通过杂散电 容受到来自其它电压源的作用。如图3、图 4 所示Ua Ub Uc图3氧化锌避雷器相间干扰示意图图4.避雷器相间干扰向量TJX意图一字形排列的三相避雷 器以A相为例，Ia = Ica + Icba,其中Ica为A相本身的电容电流，Icba为B相杂散电容流人A 相的电流。由于Icba滞后于Ica，总电容电流Ia的相位滞后于单独运行情况时8角，其相量图如图所示。在无杂散电容影响下 的总电流为Ix，当仪器自动补偿至G0-es =Ic时，输出电流 Ix-Ic=IR，即真实数值。当有Ub在A相上产生的杂散电容电流 Icba影响时，总电流Ic0 =Ic+Icba与Ic相比落后一个角度。仪 器的测量回路只能按G0-es屮=Ic进行补偿，输出电流Ix0 -I c 0 = IR0为所测量值，该值比真实值IR大，从而产生了测量误 差。同时，A相避雷器还受C相电压耦合影响，使得测量值则进 一步加大。同理，可画出C相的电压电流相量图，可知C相受A、B相 电压耦合影响，使得测量值比真实值偏小。由于A相和C相相互对B相的影响结果正好相反，故B相所测值较为接近真实值。 表1： 750kV雷器带电检测数据：位置750巴H变2#主变7501V吐鲁番吐巴高抗750吐鲁番吐乌一线路750吐鲁番吐乌一高抗测试时间20110115201101132011011320110113相另UA相B相C相A相B相C相A相B相C相A相B相C相电压kV440643974404440443924399441544134426441544134426全电流值mA33733339338235113.42335223.784324232673.47732833712阻性1流mA036024200920.4740195005704580020071031602090113相角8388858488448224867390938304903691258479863591.74位置750kV乌乌吐线高侧750kV乌d变1#主变750kV 哈密哈吐一高抗750kV 哈密哈吐二高抗测试时间20110105201101062011010820110108相另UA相B相C相A相B相C相A相B相C相A相B相C相电压kV446444514451445544334442451445194514452145194503全电流值mA361634763.66428932852976351232263.651350932154429阻性电流mA03430.1510115027101190008041103060.055046101830.016相角845875918846287689848328845689.13824486.738974从表 1 中可以看出，同一批生产的氧化锌避雷器.测得的全 电流相差不大，而阻性电流分量相差很大，而且是中相的数据居 中.两个边相中一个偏大.一个偏小。很显然.这组也很好的验证 了相间耦合对测试数据的影响，这样很难根据所测数据直接判别 该氧化锌避雷器的好坏。试验证明.一般在三相氧化锌避雷器的 布置中,边相的避雷器电压的相位与外施电压的相位之间可能有 3左右的相移角。这个相移角会对阻性电流的测量带来较大的 误差。4. 结论氧化锌避雷器阻性电流是避雷器性能稳定的重要参数，当避 雷器进水受潮、老化劣，容性电流增加不明显，阻性电流增加较 多。由于氧化锌避雷器运行泄漏电流测试，容易受到电场干扰、 磁场干扰、相间干扰、系统电压波动及高次谐波的影响，使阻性 电流发生了较复杂的变化，在测量中带来较大的误差，给分析判 断阻性电流的变化带来困难。但通过分析，可以发现阻性电流变 化的特点，利用其变化来分析避雷器的性能。(1) 电场干扰与避雷器电压等级、空间布置有关，但有规律可循。 对于某一特定位置的避雷器，一旦设备安装就位，其干扰就相对 固定，干扰量一般不变。环境条件的影响也是有规律的周期性变 化，必要时可参照有关文献进行修正。在分析时，可以对避雷器 的泄漏电流进行纵向比较，找出历次变化规律.三相间数据偏差 较大无法进行横向比较，可采用与同区域其他间隔三相避雷器进 行比较，进而分析避雷器的性能稳定性。(2)无论是相间干扰 ，还是周围带电设备的干扰，干扰的影响只 是小部分，因此当阻性电流增大，且超过容性电流的 30%时，就应该引起重视。(3) 为了排除测量过程中母线电压瞬时波动的影响，测量时可测 量两次进行比较。如前后2 次测量变化不大，即可忽略母线电压 波动的影响。总之，氧化锌避雷器阻性电流由于各种因素干扰的影响，变化较 为复杂，难以准确测量。需要考虑多方面的因素，进行综合分析。 只有充分考虑相间干扰的影响，对三相容性电流与阻性电流数量 变化特点进行比较，分析其变化量在总电流中的比例、以及历年 的数据变化规律等，才能得出准确的结果。参考文献:1、杨志勇，郭瑞氧化锌避雷器实用测试方法J 山西电力，2006(196) : 32-33 .2、颜湘莲，王文华.氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨J.电力设备，2006 ,7(2) :61-64 .3、蔡翊涛氧化锌避雷器运行电压下测量阻性电流J 青海电力，2006,25(1) : 62-64 .4、高自伟，张大为，黄杰氧化锌避雷器带电检测方法及应用分析J.黑龙江电力，2008 ,30(4): 295-2975、陈锦云，杨铭泽.MOA阻性电流测量条件对实测值的影响J.高电压技术，2004 ,30(5):55-57.6、刘凡等：氧化锌避雷器阻性电流三相同时测量技术J中国电机工程学报2009，第29 卷 增刊 73-77