温度对交流无间隙金属氧化物避雷器状态检测的影响

张嘉旻，周 越，郭 洁，饶旭妮，杨凌辉，赵丹丹，司文荣

（1.国网上海市电力公司电力科学院，上海200437；2.西安交通大学电气工程学院，西安710049）

温度对交流无间隙金属氧化物避雷器状态检测的影响

张嘉旻1，周 越2，郭 洁2，饶旭妮2，杨凌辉1，赵丹丹1，司文荣1

（1.国网上海市电力公司电力科学院，上海200437；2.西安交通大学电气工程学院，西安710049）

随着氧化物非线性电阻片配方工艺的不断改进，其特性对温度的敏感程度也有显著变化。通过对国内金属氧化物避雷器生产厂家不同规格的氧化锌非线性电阻片进行的温度特性试验研究，分析了不同温度下避雷器状态检测特征参量的变化规律，以期对状态检测的有效性和状态评估提供参考。研究发现，离线状态检测测得的0.75倍直流参考电压下泄漏电流以及在线状态检测测得的阻性电流基波分量随温度变化最为明显。

金属氧化物避雷器；温度特性；状态检测；泄漏电流；基波分量

0 引言

迄今为止，金属氧化物避雷器（metal oxide ar⁃rester，MOA）以其优异的保护特性、通流能力已被广泛应用，成为电力系统中过电压防护的主要设备，因此对运行中MOA的状态检测十分重要[1-2]。避雷器的状态检测手段主要有离线状态检测和在线状态检测。其中，离线检测必须停运对应的主设备，因其试验周期长、影响供电连续性等不利因素，不能随时开展；而在线检测则可根据需要进行试验，能够尽早发现故障并评估故障程度，是掌握MOA运行状况的重要手段[3-7]。

随着避雷器非线性金属氧化物电阻片（metal oxide varistor，MOV）配方工艺的发展，其保护特性有了很大的提高，但同时对于温度的变化也更加敏感[8-11]。温度对状态检测的结果有很大影响，如果不能正确掌握温度变化规律，很有可能会造成状态误判，导致人力物力的浪费，严重者会使事故进一步扩大。

笔者对不同温度下的MOV进行试验，统计得到状态检测不同特征参量的变化规律，以期对实际运行中的状态检测提供修正参考作用。

1 避雷器状态检测特征参量

1）离线状态检测：离线检测试验一般为直流试验，能够更好观察绝缘性能变化情况，主要特征参量为MOV的直流1mA参考电压U1mA以及0.75倍直流参考电压U1mA下的泄漏电流I0.75。

2）在线状态检测：在持续运行电压下，流过MOV的持续电流I由阻性电流IR和容性电流IC组成，由于等效电阻R为非线性电阻，所以阻性电流IR是一个非正弦波形，含有基波、3次、5次以及更高次谐波分量，主要以基波和3次谐波电流为主。等效电容C是线性电容，由于等效电容C随电压变化时其电容值变化较小，因此在持续运行电压下，等效电容近似为一常数值。流过电容C的容性电流IC和母线电压Ux波形一致。正常情况下，上述电流分量中阻性电流仅占总泄漏电流的5%～20%[12]。当MOA发生内部受潮、老化劣化等故障时，阻性电流会有显著增大，但是容性电流基本不发生变化，总泄漏电流也变化不明显[13-18]。

所以在线检测的主要特征参量是持续运行电压下的交流特征参量，包括持续泄漏电流I、阻性泄漏电流基波分量IR1以及3次谐波分量IR3。

2 试验研究方案

1）试品：选取国内主流厂家生产的、用于高压和超高压等级的交流氧化物避雷器中的饼状电阻片若干。编号A-d50、A-d70和A-d105分别为A厂家直径ϕ50 mm、ϕ70 mm及ϕ105 mm的MOV试品，编号B-d50、B-d70和B-d105分别为B厂家直径ϕ50 mm、ϕ70 mm及ϕ105 mm的MOV试品。

2）试验方法：图1为直流试验回路模拟离线检测；图2为交流试验回路模拟现场实际运行中的在线检测。试验时将试品放置于恒温箱中，通过温控调节使试品维持在一定温度下，测量状态检测中的交流特征参量与直流特征参量。图中T表示变压器，R1与R2为保护电阻。

图1 直流试验回路Fig.1 Circuit of DC tests

图2 交流试验回路Fig.2 Circuit of AC tests

3）试验数据处理：为了消除MOV自身参数分散性造成的影响，取同批次的多片MOV进行测量，结果取平均值。由于MOV泄漏电流中存在多种电流谐波分量，因此通过示波器和精密取样电阻，获取了作用于MOV上的电压波形和通过MOV的泄漏电流波形。

持续电流峰值可以由电流波形读出，阻性电流峰值的测量则采用容性电流补偿法，以得到阻性电流。将获得的电压信号和电流信号进行傅里叶分解，根据傅里叶变换对应关系，可以从频谱表中读取对应频率分量的电压和电流峰值，再根据电压和电流之间相角关系进行补偿，以获得MOV中的阻性基波电流和3次谐波电流。

3 试验结果与分析

在离线检测中，根据《电力设备预防性试验规程》[19]和GB11032《交流无间隙金属氧化物避雷器》[20]，判断MOA状态的依据是直流参考电压与初始值比较不大于±5%，0.75倍直流参考电压下泄漏电流一般不超过50 μA。在MOA在线检测中，对于运行电压下的泄漏全电流和阻性电流，规定的判据是实际测量值与初始值比较应无明显变化，当阻性电流增加一倍时，应加强监测或离线检测直流参数加以判断[21]。

在90%荷电率下，避雷器电阻片的各特征参量随温度变化情况见图3—图9。

图3 直流1mA参考电压U1mA随温度变化曲线Fig.3 Change curve of U1mAwith temperature

试验结果表明，随着温度从-20℃逐渐加温到80℃，MOV直流1 mA参考电压U1mA近似线性降低，其他电流特征参量均随温度升高呈现指数型上升趋势。若以20℃温度为初始条件，当温度升到60℃～80℃时，部分电阻片的直流参考电压下降已大于5%，0.75倍直流参考电压下泄漏电流已超过50 μA，交流泄漏阻性电流增加也已超过一倍。若不对检测结果进行温度修正，按照规程将判定避雷器状态出现异常，要对其进行处理。然而实际上避雷器在夏日的炎热天气中遭到阳光直射暴晒很有可能出现内部60℃的高温，若MOA本身并未出现故障，则造成状态检测的误判，因此需要对检测结果进行温度修正。

图4 0.75 U1mA时泄漏电流I0.75随温度变化曲线Fig.4 Change curve of I0.75with temperature

图5 泄漏持续电流I随温度变化曲线Fig.5 Change curve of I with temperature

图6 电流中阻性基波分量IR1随温度变化曲线Fig.6 Change curve of IR1with temperature

图7 电流中阻性3次谐波分量IR3随温度变化曲线Fig.7 Change curve of IR3with temperature

因此进一步分析试验结果，在20℃～60℃的常见环境温度区间，可将所有5种特征参量近似等效为线性变化，通过计算得到温度平均升高1℃各特征参量的变化量，见表1和表2。

表1 A厂家MOV随温度的特征参量变化Table 1 Characteristic parameters’change of MOV from factory A with temperature

表2 B厂家MOV随温度的特征参量变化Table 2 Characteristic parameters’change of MOV from factory B with temperature

表1、表2中数据表明，在20～60℃范围内，平均温度每升高1℃，A、B厂家避雷器电阻片直流1mA参考电压U1mA分别降低约为0.06%和0.04%，0.75倍直流1mA参考电压下的泄漏电流I0.75分别增大约8.23%和17.66%，持续电流I分别增大约0.28%和0.39%，阻性电流基波分量IR1分别增大约2.06%和3.59%，阻性电流3次谐波分量IR3分别增大约1.23%和1.98%。

从本质上分析，温度上升导致MOA特性改变，伏安特性曲线整体下移，导致阻性电流分量增加。离线检测结果中0.75倍直流1mA参考电压下的泄漏电流增加最明显；在线检测结果中，阻性电流中基波分量比3次谐波分量增加更明显。

4 结论

1）MOA的状态检测参量具有明显的温度特性，且各特征参量变化程度不同。随着MOA温度升高，检测结果的变化会导致对MOA状态的误判。

2）在20～60℃范围内，平均温度每升高1℃，A、B厂家避雷器电阻片直流1mA参考电压U1mA分别降低约为0.06%和0.04%，0.75倍直流1mA参考电压的泄漏电流I0.75分别增大约8.23%和17.66%，90%的荷电率下持续电流I分别增大约0.28%和0.39%，阻性电流基波分量IR1分别增大约2.06%和3.59%，阻性电流3次谐波分量IR3分别增大约1.23%和1.98%。另外，若降低荷电率，各项参量变化稍有减小，但规律均保持一致。在实际检测中，应依据MOV的温度特性对测量结果进行修正，以此对MOA状态进行正确诊断。

3）随着温度升高，离线检测特征参量中0.75倍直流1mA参考电压下的泄漏电流增加最为明显，受温度影响最大；在线检测特征参量中，阻性电流中基波分量比3次谐波分量增加更为明显，具体的变化量与MOV的配方工艺和性能有关。

[1]施围，邱毓昌，张乔根.高电压工程基础[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]王兴贵，李庆玲，李效珍，等.氧化锌避雷器应用研究[J].高压电器，2008，44（2）：175-177.WANG Xinggui，LI Qingling，LI Xiaozhen，et al.Case study of MOA[J].High Voltage Apparatus，2008，44（2）:175-177.

[3]严玉婷，江健武，钟建灵，等.金属氧化物避雷器事故分析及测试方法的比较研究[J].电瓷避雷器，2011（5）：63-69.YAN Yuting，JIANG Jianwu，ZHONG Jianling，et al.MOA accident analysis and comparative study of testing methods[J].Insulators and Surge Arresters，2011（5）:63-69.

[4]李顺尧.金属氧化锌避雷器测试方法对比与分析[J].高压电器，2010，46（3）：94-97.LI Shunyao.Comparison and analysis of MOA test methods[J].High Voltage Apparatus，2010，46（3）:94-97.

[5]盛亚军.MOA带电测试及其角度校正[J].浙江电力，2003，22（5）：32-33.SHENG Yajun.On-line Testing of MOA and Angle Emen⁃dation[J].Zhejiang Electric Power，2003，22（5）:32-33.

[6]张振洪，臧殿红.氧化锌避雷器在线监测方法的研究[J].高压电器，2009，45（5）：126-129.ZHANG Zhenhong，ZANG Dianhong.Study on the online monitoring method of metal oxide surge arrester[J].High Voltage Apparatus，2009，45（5）:126-129.

[7]殷雄开，邵涛，高翔，等.金属氧化物避雷器检测方法的现状与发展[J].高电压技术，2002，28（6）：34-36.YAN Xiongkai，SHAO Tao，GAO Xiang，et al.Present state and future of detecting methods of MOA[J].High Voltage Engineering，2002，28（6）:34-36.

[8]陈悦，陈晨，王丽群.氧化锌避雷器阻性电流的温度影响的研究[J].山东工业技术，2015（24）：260-262.CHEN Yue，CHEN Chen，WANG Liqun.Study on the temperature effect of resistive current of MOA[J].Shan⁃dong Industrial Technology，2015（24）:260-262.

[9]郭洁，王森，冯敏.无间隙金属氧化物避雷器运行状态特征参数温度特性研究[J].电瓷避雷器，2006（2）：32-35.GUO Jie，WANG Sen，FENG Min.The study on tempera⁃ture character of operating state parameter of metal oxide surge arrester without Gaps in service[J].Insulators and Surge Arresters，2006（2）:32-35.

[10]彭珑，李雨，徐党国，等.避雷器电阻片温度分布特性的研究[J].电瓷避雷器，2014（3）：84-89.PENG Long，LI Yu，XU Dangguo，et al.Research on tem⁃perature distribution characteristics of arrester varistors[J].Insulators and Surge Arresters，2014（3）:84-89.

[11]丁国成，李伟，刘云鹏，等.外部环境因素对MOA在线监测影响的试验[J].高电压技术，2008，34（6）：1283-1287.DING Guocheng，LI Wei，LIU Yunpeng，et al.Experi⁃mental study of influence of environmental conditions on on-line monitoring data of metal oxide surge arrester[J].High Voltage Engineering，2008，34（6）:1283-1287.

[12]谢鹏，张国栋.金属氧化物避雷器试验测试方法的发展及应用[J].电瓷避雷器，2006（5）：36-38.XIE Peng，ZHANG Guodong.Development and applica⁃tion of MOA testing methods[J].Insulators and Surge Ar⁃resters，2006（5）:36-38.

[13]丁国成，田宇，陈庆涛，等.金属氧化物避雷器带电检测技术有效性试验研究[J].电瓷避雷器，2015（4）：105-108.DING Guocheng，TIAN Yu，CHEN Qingtao，et al.Experi⁃mental research of live detection validity for metal oxide⁃surge arrester[J].Insulators and Surge Arresters，2015（4）:105-108.

[14]林坚，陈长杰，孙锦，等.金属氧化物避雷器带电检测及其故障诊断与分析[J].电瓷避雷器，2015（1）：144-150.LIN Jian，CHEN Changjie，SUN Jin，et al.Live detection and fault diagnosis&analysis of MOA[J].Insulators and Surge Arresters，2015（1）:144-150.

[15]万四维.金属氧化物避雷器缺陷与阻性电流关系的分析探讨[J].电瓷避雷器，2007（5）：31-34.WAN Siwei.Approach to correlation of MOA defaults with its resistive current[J].Insulators and Surge Arresters，2007（5）:31-34.

[16]李飚，顾梦君.带电测试MOA阻性电流的基本分析方法探讨[J].高压电器，2004，40（3）：235-236.LI Biao，GU Mengjun.Discuss on the analysis method of resistive current of MOA under live test[J].High Voltage Apparatus，2004，40（3）:235-236.

[17]宫建立，秦松林.电容电桥法测量金属氧化物避雷器的阻性电流分量[J].高压电器，2007，43（5）：394-395.GONG Jianli，QIN Songlin.Capacitance-bridge method used in measuring the resistive leakage currents of metaloxide surge arresters[J].High Voltage Apparatus，2007，43（5）:394-395.

[18]葛猛，韩学坤，陶安培.金属氧化物避雷器电阻片老化缺陷的诊断及原因分析[J].高压电器，2009，45（3）：145-147.GE Meng，HAN Xuekun，TAO Anpei.Diagnosising and analysising the aged flaw of MOA valve piece[J].High Voltage Apparalus，2009，45（3）:145-147.

[19]中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 10007—2004.电力设备预防性试验规程[S].广州：中国南方电网有限责任公司.

[20]西安电瓷研究所.GB11032—2010.交流无间隙金属氧化物避雷器[S].北京：中国标准出版社，2010.

[21]屠幼萍，何金良，廖冬梅.ZnO避雷器运行状况的判断方法[J].高电压技术，2000，26（1）：22-23.TU Youping，HE Jinliang，LIAO Dongmei.Diagnosis methods of operation conditions of ZnO surge arrsters[J].High Voltage Engineering，2000，26（1）:22-23.

Influence of Temperature on Condition Detection of AC MOA without Gaps

ZHANG Jiamin1，ZHOU Yue2，GUO Jie2，RAO Xuni2，YANG Linghui1，ZHAO Dandan1，SI Wenrong1
（1.State Grid Shanghai Electric Power Research Institute，Shanghai 200437，China;2.School of Electrical Engineering，Xi′an Jiaotong University，Xi′an 710049，China）

With the progress of the metal oxide varistor（MOV）formula and technology，the sensi⁃tivity of temperature characteristics has changed significantly.Different types of MOV from factories in China are tested to measure the characteristic parameters of the condition detection at different tempera⁃tures.The regularity is extracted after analyzing the results to provide a reference for the validity of metal oxide arrester（MOA）condition detection.It is found that the leakage current under 0.75 times of the DC reference voltage measured by off-line detection and the fundamental component of the resistive current measured by on-line detection changes the most obviously with temperature.

MOA；temperature characteristics；condition detection；leakage current；fundamental component

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.06.010

2016-11-21

张嘉旻（1969—），男，高级工程师，现从事电力系统过电压及绝缘配合研究工作。

国家电网公司科技项目（编号:520940150004）。