基于实际相角法的避雷器现场带电测试应用

王　植

（东莞供电局，广东 东莞　523000）



基于实际相角法的避雷器现场带电测试应用

王植

（东莞供电局，广东 东莞523000）

介绍了东莞供电局避雷器带电测试的新方法，并通过新方法对运行中避雷器的泄漏电流及阻性分量测试，成功发现了一起避雷器缺陷，用实例说明无需设备停电也可准确发现设备缺陷的效果，进一步验证了使用避雷器带电测试取代原有的停电预防性试验的可行性。

金属氧化物避雷器；避雷器带电测试；泄漏电流；阻性分量

金属氧化锌避雷器（MOA）具有高能量吸收力、保护性能稳定、残压低等优点，能够很好地限制雷电过电压或操作过电压。由于没有放电间隙，氧化锌电阻片要长期承受运行电压的作用，且各串联电阻片中不断有泄漏电流流过。如果 MOA在运行中发生劣化，泄漏电流就会增大，最终导致 MOA热崩溃而发生设备事故。所以监测运行中 MOA的泄漏电流情况，对判断其运行状况是非常必要的。但实际运行情况，有时无法按期停电，导致避雷器不能按时进行预试，而开展避雷器带电测试就显得尤为重要。

1　测试原理

避雷器带电测试主要是检测泄漏电流及其阻性分量，由于总电流中容性分量的比例很大，故关键是如何从总电流中分离出微弱的阻性电流。如图1所示，在交流电压作用下避雷器运行参数可简化等效为一个可变电阻和一个不变电容的并联电路。

测量MOA阻性电流的基本原理，是取被测相MOA的总电流信号，再取一个与被测相MOA两端电压同相或稳定角差的电压信号；总电流IX的基波矢量I1在电压基波矢量U1上的投影，即为MOA阻性电流IR1［1］。

图1　MOA泄漏电流及其等效回路

2　方法与改进

2.1传统方法

电流信号取法由放电计数器两端连接即可，而电压信号的取法一般采用电源法更为安全方便，以变电站220V检修电源为电压信号U1。

测量时取B相MOA总电流IXB，测得Φ（IB与U1的夹角），把B相MOA的校正角85°−Φ，即Φ0（B）送入仪器Φ0中，得到B相的阻性电流值；并用同样的方法，然后利用Φ0（B）−120°和Φ0（B）+120°得到A、C两相的校正角，从而得到A、C相的阻性电流值。通过这样的做法，利用试验数据的纵向对比来判断避雷器的劣化。

2.2存在问题

运行中的避雷器，有许多实际因素影响电压、电流及相位的大小，如温湿度、表面污秽、MOA两端电压波动、谐波含量［2］影响，同时避雷器相间干扰及周围带电体的干扰因素也影响测试结果，特别是很多变电站内三相避雷器呈“一”字形排列的方式［3］，其影响相对显著。我们分析，传统的测试方法存在测量误差主要原因在于其测试方法是以正负120°的关系来衡量三相之间的角差，而实际上由于避雷器相间实际相位差不一定是对称量正负 120°的关系，因此传统做法便存在局限性。见表1，为我们利用AI—6106型仪器对该220kV某变电站部分间隔的B相避雷器与A、C两相之间角差进行测量。

表1　某220kV变电站运行中避雷器相间角差数据

2.3实际相角法

为了消除干扰、判断更为直观准确，我们在传统方法的基础上进行完善，使用实际三相的相角差进行计算，代替原来使用120°角差［4］，在现场测试取得了良好的效果，其测试方法如下。

首次测试时，三相均用85°进行校正，分别测到Φk（IA、IB、IC与 U1的夹角），并将三相校正角85°−Φk各自送入仪器Φ0中，得到三相的阻性电流值并保存原始校正角Φ0（A）、Φ0（B）、Φ0（C）作为下次的试验依据。

在下一次测试时，测量时取B相MOA总电流IXB和Φ，得到B相的阻性电流值；利用上次的Φ0（A）、Φ0（C）来获得A、C相的阻性电流值。

实际相角法其实是相角的变化反映到阻性电流的变化，通过了解阻性电流的增量来判断避雷器的健康状况［5］。

3　应用实例

3.1带电测试情况

2011年3月，东莞供电局试验人员在某220kV变电站进行避雷器带电测试中，发现某110kV线路B相避雷器阻性电流相对其他两相明显增长，但并未达到规程［6］要求“阻性电流增长 1倍需要停电检查”。根据该情况，缩短了该避雷器带电测试的检测周期，继续跟踪监督。

表2　避雷器带电测试数据

从表2可知，2010年该线路B相避雷器阻性电流分量测试值 0.07mA，而 2011年测试值为0.105mA，同比增长 50%，相对其他 A、C两相最大相间差为49%；另外，该相避雷器泄漏电流增长不明显。缩短检测周期以后，B相阻性电流测试值均超过 0.105mA，虽然总体上比较平稳但也并没有改善，而且存在继续增长的趋势，初步判断该相避雷器存在局部缺陷。

3.2红外测温情况

根据该情况，对该线路避雷器进行针对性测温，发现 B相避雷器本体中上部位置存在局部过热情况，如图3所示。

图2　避雷器阻性电流增量变化图

图3　避雷器红外成像

3.3停电试验情况

2013年9月对该110kV线路避雷器进行了停电检查试验，该避雷器1mA的直流参考电压增长1.7%却未超标，绝缘良好，但该避雷器直流泄漏试验中75% U1mA下的泄漏电流为58μA，已超标。

表3　停电试验数据

3.4分析结论

从各方面来看，该避雷器内部存在局部缺陷，且缺陷位置发生在避雷器中上部，而不是整体缺陷。因为其绝缘相对较高，阻性电流虽有增长却在后期稳定下来（后面7次平均值为107.5mA），没有逐次明显增长的趋势，不太像内部受潮缺陷。如果是氧化锌电阻片劣化，其直流1mA下的参考电压变化却不明显，且为正数增长。最终我们对该避雷器进行更换处理以及返厂检查分析。经检查分析，该避雷器在局放试验检查时存在较大的局放量，解体发现内部中上部氧化锌电阻片与胶套存在明显空隙，以及镀铝层变黑的等异常情况，属于内部空隙电场不均引起局放而导致局部过热。

图4　避雷器内部空隙

图5　镀铝层变色脱落

4　结论

近年来，东莞供电局采用避雷器带电测试的方法代替停电试验，提高了供电可靠性，并通过近几年来多起避雷器缺陷的的发现，证明实际相角法在实际的应用及缺陷诊断方面还是行之有效的，但也并非绝对完美的，因为实际上带电测试仍然存在一些问题有待解决：

1）MOA小电流区伏安特性易受温湿度影响，在不同地方、时间下所采集到的信号会产生误差［7］。

2）电磁干扰、耦合电容等因素的是测量误差的重要来源，电压等级的升高，测量误差也升高。

3）运行系统的改变，导致在现场测试过程中接收的参考信号产生相位角漂移，给测试带来影响。

4）实现避雷器状态在线监测，以便掌握避雷器绝缘性能。

［1］ 张伟平. 避雷器阻性电流测试新方法［J］. 电瓷避雷器，2011（6）︰112-116.

［2］ 宋运平. 氧化锌避雷器带电测试方法探讨［J］. 硅谷，2011（23）︰36-37，6.

［3］ 严玉婷，黄炜昭，江健武，等. 避雷器带电测试的原理及仪器比较和现场事故缺陷分析［J］. 电瓷避雷器，2011（2）︰57-62.

［4］ 李开霞，张金波，胡钢. 用相角差法判断金属氧化物避雷器性能优劣的研究［J］. 高压电器，2008，44（1）︰23-25，31.

［5］ 杨殿成. 金属氧化物避雷器带电测试干扰分析［J］.高压电器，2009，45（5）︰130-132.

［6］ Q/CSG114002—2011. 电力设备预防性试验规程［S］.

［7］ 朱焕杰，林建辉. 金属氧化物避雷器的运行故障分析及监测方法［J］. 绝缘材料，2008，41（3）︰56-59.

Application of Electric Test in the Field of Lightning Arrester based on the Actual Phase

Wang Zhi
（Dongguan Power Supply Bureau，Dongguan，Guangdong523000）

This paper introduces the new method of arrester charged test now in Dongguan Power Supply Bureau，and through the leakage current and resistive component testing，successfully found a lightning protector defects. The example is given to illustrate the new method can achieve the effect to find the defect without equipment power outage，to further validate the use of arrester charged test is feasible to replace the traditional power failure preventive test.

MOA； arrester charged test； leakage current； resistive component

王植（1987-），男，广东东莞人，本科，助理工程师，主要从事高电压试验工作及试验技术研究。