避雷器泄漏电流检测方法分析与应用

孙红梅，张 凯，马 峥，何 娇

(1.国网辽宁省电力有限公司检修分公司,辽宁 沈阳 110003；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

1 概述

避雷器是保障电力系统安全稳定运行的重要设备之一，其主要通过限制雷电过电压或内部过电压，起到稳定系统电压、吸收能量的作用[1-4]。在电力系统发展早期，主要使用管式、碳化硅阀式避雷器；近年来，金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)以其优异的性能逐渐取代其他类型的避雷器，在电力系统中被广泛使用[5]。

MOA内部由非线性金属氧化物电阻片(简称电阻片)串联或并联组成，电阻片具有非线性伏安特性[6]，正常工频电压时呈现高电阻，过电压时呈现低电阻，从而限制避雷器端子间的过电压[7]。35～110 kV的MOA由单节组成，220 kV的MOA由2节组成，500 kV的MOA由3节组成。

MOA没有放电间隙，电阻片长期承受运行电压，有泄漏电流持续流过MOA各个串联的电阻片。现场检测的MOA泄漏电流即总泄漏电流，主要包括瓷套表面电流、瓷套内壁/绝缘支架泄漏电流、电阻片泄漏电流和均压电容电流。

在正常运行工况下，MOA内部电阻片柱泄漏电流不会发生突变，而瓷套泄漏电流或绝缘杆泄漏电流比流过电阻片柱的泄漏电流小很多。因此，天气较好时，检测MOA总泄漏电流为流过电阻片柱的泄漏电流即全电流。

通过研究MOA特性发现，可以将流过电阻片的全电流分成电容(容性)电流和电阻(阻性)电流。MOA等效电路如图1所示。

图1 MOA等效电路

在正常运行情况下，流过MOA的阻性电流一般为数十微安的微小电流，而容性电流为几百微安以上，阻性电流仅占全电流的5%～20%。而电阻片老化或者受潮越严重，泄漏电流电阻分量增长越快，能够进一步加速MOA劣化[8]。

如果MOA发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，可以发展为MOA击穿损坏甚至爆炸。所以监测运行中MOA的工作情况，正确判断其质量状况非常必要[9]。

2 MOA带电检测方法

MOA泄漏电流是监测MOA运行状况的一种重要手段。目前常见的检测运行中的MOA阻性电流基本原理是取被测相MOA的总泄漏电流信号Ix，再取1个与被测相MOA两端电压同相的电压信号；将总泄漏电流Ix基波矢量I1在电压基波矢量U1上的投影，即为MOA阻性电流基波IR1，φu-I为总泄漏电流基波矢量I1与电压信号基波矢量U1的夹角。如图2所示。

图2 U1、I1的矢量图

当MOA劣化或受潮时，阻性电流、全电流、容性电流都增大，全电流增大不一定明显，但阻性电流的增大量远大于容性电流。此时，电流电压夹角将减小，其变化关系如图3所示。

图3 阻性电流相量图

目前常见的MOA泄漏电流检测方法主要包括TV二次法、220 V电源法，本文采用2种方法进行检测并对结果进行分析评价。

2.1 TV二次法测量过程

a.例如测量A相MOA阻性电流，首先测量A相MOA总电流Ix，A相TV二次相电压U；然后计算出阻性电流基波峰值IR1p，此时校正角φ0=0。

(1)

b.最终显示全电流基波、阻性电流基波及二者的夹角。

2.2 220 V电源法

将220 V电压作为感应电压UG，该UG满足特殊矢量3个条件：①矢量频率与电网频率完全相同；②矢量与电网A、B、C三相的角差稳定；③矢量的模较稳定，可实现A、B、C三相阻性电流检测。过程如下：测量MOA泄漏电流并将其输入仪器，根据现场情况调整校正角度，仪器根据所测基准电压，计算出MOA的全电流基波和阻性电流基波峰值及二者夹角。

3 测试结果分析

3.1 测试结果

全电流测试结果如图4所示。

图4 全电流测试结果

由图4可知：①500 kV主变压器一次侧全电流明显高于同一电压等级线路侧MOA全电流，根据保护要求，电站侧MOA额定电压为420 kV、线路侧MOA额定电压为444 kV，线路侧MOA等效电阻小于电站侧MOA等效电阻；②2种测试方法测试全电流结果较相近；③500 kV系统MOA全电流为1.9 mA左右，220 kV系统MOA全电流为0.4 mA左右，66 kV系统MOA全电流为0.2 mA左右。

阻性电流基波峰值如图5所示，可知TV二次法测量结果比220 V电源法普遍较高。主要是由于测试角度调试方法的影响,如图6所示。

图5 阻性电流基波峰值

图6 电流与参考电压夹角

由图5、图6可知：①500 kV电压等级阻性电流高于220 kV电压等级，220 kV电压等级高于66 kV电压等级；②500 kV电压等级阻性电流为0.2 mA左右，220 kV电压等级阻性电流为0.045 mA左右，66 kV电压等级阻性电流为0.008 mA左右；③角度对阻性电流基波分量影响较大，在进行角度校正时应根据实际情况合理调整校正角度。

3.2 结果分析

a.不同厂家影响

同一变电站不同厂家MOA泄漏电流如图7所示。图7中,南阳为南阳金冠电气有限公司；廊坊为廊坊电科院东芝避雷器有限公司；抚顺公司为抚顺电瓷制造有限公司；西安西电为西安西电高压电瓷公司；抚顺厂为抚顺电瓷厂。廊坊为外资生产MOA，其他为国产MOA；西安西电MOA内部安装并联电容器。由图7可知，国产MOA泄漏电流大于外资MOA泄漏电流值。解体发现是由于同一电压等级下国产MOA阀片比进口MOA阀片小；内部安装并联电容器的MOA比无并联电容器的泄漏电流更大。

图7 不同厂家MOA泄漏电流

b.周围带电体影响

同一变电站、同一厂家、同一批次的MOA的A、B、C三相，由于受周围带电体的影响，其泄漏电流值不同，如图8所示。

图8 周围带电体影响

由图8可知，全电流受周围带电体干扰导致三相数值不一致，且同一变电站内测试结果存在一致性。实际运行中，由于场地和布置方式的限制，三相MOA间的距离较小，相间杂散电容不可忽视，尤其是一字排列的MOA，其相间干扰比较明显。各相MOA除受本相相电压作用外，还通过杂散电容受到邻近相带电体的作用[10]。

阻性电流同样受到周围带电体的干扰。研究发现，干扰电流会在被测相电压矢量上投影，进而作为“阻性分量”混入真正的阻性电流中。而由于真实的阻性电流本身较小，干扰电流的分量可能在真实阻性电流中占较大比例，造成测量结果误差。在仅考虑相间干扰时，φA由于干扰减少1°～3°，A相MOA阻性电流将增大；φC由于干扰增加1°～3°，C相MOA阻性电流随之减小，甚至可能出现负值；而A相、C相MOA对B相MOA的作用大小相同、方向相反，该电场是以B相MOA为对称轴的对称电场，φB基本不变，从而B相阻性电流基本不变。但是考虑周围带电体对被测MOA全电流的影响及阻性电流的计算方法，可知即使φB不受到干扰，由于全电流受干扰变化，所测阻性电流依旧不能反映真实值。

c.电压等级影响

如图9所示，500 kV、220 kV、66 kV电压等级全电流、阻性电流依次降低。主要由于电压等级不同，电阻片的面积及片数不同，电压等级较高时电阻片面积较大、片数较多，电压较低时电阻片面积较小，片数较少。

图9 不同电压等级测量值差别

4 结论

a.TV二次法及220 kV电源法2种方法检测的全电流值基本一致，阻性电流由于校正角度设置不同而结果不同，且差异较大。

b.2种方法的阻性电流大小受校正角度影响较大，在实际检测中应充分分析现场情况，如不同厂家、电压等级、周围带电体等，科学控制校正角度，实现测量结果的一致性和可重复性。

c.通过对检测结果分析，得出周围带电体对全电流和阻性电流均有影响：①由于周围带电体的影响，三相MOA全电流存在规律性差异，主要和变电站空间布局、避雷器周围带电体的相对距离和位置有关；②阻性电流只考虑相间干扰时基本不受干扰，考虑其他带电体时会受到不同程度影响。