避雷器带电测试有效性分析

刘宇

1.前言

7月17日某供电局110kV谟复线线故障跳闸，经查为110kV谟复线A相避雷器故障导致。停运后通过对110kV谟复线A相避雷器解体发现其内部有潮气进入，阀片连接组件有明显锈蚀痕迹，整支避雷器已不可运行。事后通过调取了该避雷器近三年的带电试验数据发现避雷器带电测试全电流及阻性电流较为稳定，无增长趋势，试验数据符合《电力设备检修试验规程》（Q/CSG1206007-2017）的要求，该带电试验未能反映避雷器实际状况，故本文对各种避雷器带电测试方法有效性进行了分析，并给出了相关建议。

2.事件概况

某供电局110kV谟复线线路故障，两侧差动保护动作跳闸，故障选相A相。运行人员到现场检查时发现110kV谟复线A相避雷器有烧伤痕迹。7月17日，停电后现场检查发现：110kV谟复线A相避雷器顶部与底部压力释放口的盖板皆被内部放电能量冲开，A相在线监测器已被烧毁，外观破裂，经试验不合格，不可使用。

解体检查发现A相避雷器上部内部的硅胶已全部变色，防爆膜动作，说明其内部潮气过大且有放电现象。拆解时发现盖板处没有密封胶垫，会造成其内部密封性不良。该避雷器年度带电测试数据如表1所示，数据表明带电测试无异常。

3.避雷器带电试验方法分析

3.1全电流法

全电流法采用电流表测试避雷器接地引下线的接地电流（泄漏电流、阻性电流、容性电流），该方法简单易行。但阻性电流占引下线的接地电流比例很小的，即使阻性电流已明显增加全电流变化也并不显著，故该方法灵敏度很低，只有在MOA严重受潮或老化的情况下才能检测出异常。

3.2阻性电流基波法

该方法是在测量各相MOA全电流的同时，测取PT二次侧的电压，然后将电压和电流信号进行FFT计算，得到电压和电流基波分量的幅值和相位，将基波电流在基波电压上投影就可得到阻性电流的基波分量。

3.3三次谐波法（无电压参考量）

由于三次谐波法未取电压信号，无法知道电压相位。故三次谐波法的理论依据是认为在标准正弦波电压作用下，由于避雷器阀片电阻的非线性，导致避雷器阀片中流过的阻性电流是畸变的，其与标准正弦波的容性电流合成得到的全电流。在全电流中会得到两个峰值，第二峰值出现的时刻即为电压的峰值时刻，其与全电流峰值时刻的相角差即为全电流与母线电压的相位差值。

从理论上来说，三次谐波法原理成立需以下几个条件：①母线电压不含有谐波分量，即全电流中三次谐波分量仅仅来源于避雷器阀片电阻的非线性;②避雷器阀片有明显的非线性特性。而在现场实际测量中，母线电压通常含有明显的三次谐波分量，同时在运行电压作用下避雷器阀片的非线性特性并不是那么明显，这些因素都会对三次谐波法的可靠性造成影响。

3.4容性电流补偿法

该方法是用PT二次侧的电压信号来补偿容性电流分量，进而得到阻性电流，其主要原理是在测量电流的同时，检测系统的电压，利用电压信号消除总电流中的容性分量。

该方法的思想就是利用阻性电流和容性电流的正交性原理，通过自动调节G达到平衡条件：

02 us0（i0 GUs0）d（ t） 0

u是外加电压移相90°后得的，即与容性电流ic同相位。这样当容性电流完全补偿掉时，（i0-GUso）就是ir，即阻性电流分量为iR=i0-GUs0。但阻性电流峰值会受电压谐波影响，且两边相受电磁干扰，会产生一定的误差。

3.5波形分析法

在基波法的基础上运用傅里叶变换对同步检测到的电压和电流信号进行波形分析，获得电压和阻性电流各次谐波的幅值和相角，计算得出阻性电流基波分量及各次谐波分量，弥补了基波法完全忽略阻性电流高次谐波的影响。同时该方法能够得到电压信号的谐波分量，从而考虑电压谐波造成的影响，综合分析得到正确的结论。

目前，无论是国家标准还是电力行业标准也未制定避雷器带电测试技术标准，以及Q/CSG1206007-2017《电力设备检修试验规程》[1]，均仅要求对运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗进行测量，并与初始值进行比较判断，未提出对避雷器带电试验方法做出明确要求。目前，仅国家电网公司Q/GDW11369-2014《避雷器泄漏电流带电检测技术现场应用导则》[2]，对试验原理和方法等作出了规定。通过各种技术比较，该导则推荐使用波形分析法进行避雷器带电测试。同时可以看出，采取无电压参考量的测量方法，测试结果不准确，不推荐使用。

4.避雷器带电测试误差因素分析

4.1瓷套外表面受潮污秽的影响

瓷套外表面潮湿污秽引起的泄漏电流，如果不加屏蔽会进入测量仪器，会使测量结果偏大。

4.2温度对金属氧化物避雷器泄漏电流的影响

由于金属氧化物避雷器的氧化锌电阻片在小电流区域具有负的温度系数及金属氧化物避雷器内部空间较小，散热条件较差，加之有功损耗产生的热量会使电阻片的温度高于环境温度。这些都会使金属氧化物避雷器的阻性电流增大[3]。因此在进行检测数据的纵向比较时应充分考虑该因素。

4.3湿度对测试结果的影响

湿度比较大的情况下，一方面会使金属氧化物避雷器瓷套的表面泄漏电流明显增大，同时引起金属氧化物避雷器内部阀片的电位分布发生变化，使芯体电流明显增大，严重时芯体电流增大1倍左右，瓷套表面电流会成几十倍增加。

4.4相间干扰的影响

对于一字排列的三相金属氧化物避雷器，在进行泄漏电流带电检测时，由于相间干扰影响，A、C相电流相位都要向B相方向偏移，一般偏移角度2°～4°左右，这导致A相阻性电流增加，C相变小甚至为负。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。

5.结论与建议

全电流法灵敏度很低，只能检测出严重受潮或老化避雷器，不推荐使用。采取无电压参考量的测量方法，测试结果不准确，不推荐使用。推荐使用波形分析法或阻性电流基波法开展避雷器带电测试，对于敞开式设备，推荐使用无线感应板法获取电压信号。针对目前现状，仅能开展三次谐波法（即无PT法）带电试验的单位，该试验数据仅做参考，不应作为判断避雷器状态的依据，建议按照Q/CSG1206007-2017《电力设备检修试验规程》开展周期停电试验。

参考文献：

[1]电力设备检修试验规程（Q/CSG1206007-2017）[S].南方电网公司，

2017.

[2]避雷器泄漏電流带电检测技术现场应用导则（Q/GDW11369-2014）

[S].国家电网公司，2014.

[3]电气试验[M].中国电力出版社，2017.