基于金属氧化物避雷器阻性电流的带电测试新方法

王 佼

(国网河北省电力有限公司保定供电分公司，河北 保定 071051)

金属氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester，MOA)的非线性电阻阀片主要成分是氧化锌，具有极为优越的非线性特性[1]。在运行中测试MOA泄漏电流的阻性分量，可以分析判断设备是否存在受潮、老化等劣化趋势及缺陷。2018年修订的《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求“金属氧化物避雷器，必须坚持在运行中按规程要求进行带电试验，35～500kV电压等级金属氧化物避雷器可用带电测试替代定期停电试验”。由此可见，对运行中的MOA开展阻性电流带电测试工作是非常重要的。

1 传统带电测试方法

运行电压下，MOA泄漏电流的阻性分量极小[2]。目前，最常用的MOA阻性电流带电测试方法是二次电压参考法。该方法通过电压单元获取电压互感器(Voltage Transformer，TV)或电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)的二次侧电压，通过电流单元获取MOA接地回路的全电流，再测试全电流与参考电压之间的角度来确定阻性电流大小。

二次电压参考法的参考电压取自TV或CVT的二次电压，如图1所示。在不考虑仪器误差的情况下，误差产生的主要原因是TV或CVT的一次电压与二次电压之间固有的相角差，其最大误差不大于±2°，可以满足测试要求。

图1 二次电压参考法测试接线示意

该方法需要在运行中的TV或CVT的二次回路上进行试验接线。如果接线错误可能会引起TV或CVT二次回路短路，造成母线失压，甚至引起主变压器跳闸或者备自投动作。所以，二次电压参考法给系统的安全和可靠性带来了不稳定因素，同时现场的工作效率也随之降低。国家电网有限公司提出“三型两网、世界一流”的新战略目标，对电力系统安全性和可靠性的要求越来越高。在新形势下，提出了一种以CVT低压电容尾端接地电流作为参考的MOA阻性电流测试的新方法。

2 容性设备参照法

目前，110kV及以上电压等级的母线避雷器、线路避雷器安装处，一般都安装CVT，这就为容性设备参考法的使用提供了条件。正常运行中，CVT电容单元介质损耗极小，一般小于0.002，中间变压器对其整体流过的电容电流也影响很小。CVT电容尾端对地流过的电流与相电压相比，相位差基本为90°，误差小于±0.5°。因此，可以将CVT作为标准电容器，通过对比电容尾端对地电流Ic与MOA接地引线电流Ix的相位差δ，应用傅里叶变换转换到频域进行分解，可分别得到避雷器的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量，经相应的数据处理后，再返回时域合成总泄漏电流Ix和容性电流Ic，再根据阻性分量Ir的变化情况来判断MOA的运行状况。

测试时，同时接入参考电流和测试电流信号，参考电流信号取自与待测金属氧化物避雷器同母线的CVT的电容电流，测试电流信号取自避雷器的泄漏电流，接线方式如图2所示。

图2 容性设备参照法测试接线示意

CVT电容电流的获取需要将低压电容尾端引出接地，再通过高精度钳形电流传感器在接地引线上取得。钳形电流传感器的精度是影响整个测量系统的关键，需采用零磁通技术、屏蔽技术等方法来降低钳形电流传感器测试误差[3]。钳形电流传感器的工作原理如图3所示。

图3 钳形电流传感器原理

3 现场测试对比

为了验证新方法的安全性和准确性，对二次电压参考法与容性设备参考法的测试数据进行了对比。

3.1 安全性及工作效率方面

二次电压参考法，需要在运行中的TV或CVT的二次端子箱中接线，接线后为防止由于接线掉落等原因造成二次线圈短路需要留人看护，这项工作至少需要2人，且至少1人熟悉二次端子箱接线。接取避雷器泄漏电流信号，至少需要2人。因此，传统试验方法至少需要4人完成，且存在二次回路短路的风险。

容性设备参考法，使用钳形电流传感器接在CVT低压电容尾端接地引线上，不会对运行设备造成影响，工作也可只需2人就能完成。而且，由于CVT与避雷器安装位置非常近，所用试验线短，接线时间短，从而提高了工作效率。

3.2 数据准确方面

现场选取了某110kV变电站一组110kV母线避雷器，分别采用2种方法进行带电测试，试验数据如表1所示。其中，二次电压参照法的二次电压取自该110kV母线CVT的二次电压，容性设备参照法的参考电流取自该110kV母线CVT的电容尾端接地引下线。

表1 某110 kV母线避雷器阻性电流测试数据

容性设备参照法与二次电压参照法比较，相同相全电流峰值最大误差为-1.52%，相同相阻性电流峰值最大误差为-2.86%;二次电压参照法下三相之间全电流峰值偏差为2.46%，三相之间阻性电流峰值偏差为24.19%;容性设备参照法下三相之间全电流峰值偏差为1.40%，三相之间阻性电流峰值偏差为20.52%。

从以上分析可知，容性设备参照法测试数据准确，并且在测量异相间的电流时，其数据要比二次电压参照法的偏差小，更为准确。

4 当前制约条件及推广前景

容性设备参照法，需要将CVT的电容尾端接地引出以方便测试。但是目前CVT电容尾端在二次接线盒内部直接接地。所以，需要对设备进行改造，或在设计、安装时直接将电容尾端引出接地。从长远来看，改造虽增加了一定成本，但改造后可更加方便地对CVT电容尾端接地情况进行检测(如测量电流、红外测温等)，也可方便地实现电容型设备电容及介损的带电检测和在线测试，为容性设备参照法MOA带电测试的开展提供了条件。

总之，容性设备参照法通过使用钳形电流传感器从CVT的电容尾端接地引线上获得参考信号，在测试数据准确度上完全满足现场要求，在工作效率及安全方面都有明显的改善。因此，容性设备参照法在MOA阻性电流带电测试上具有推广价值。