基于氧化鋅避雷器帶電測試的故障診斷分析

摘要：本文對氧化鋅避雷器放電過程中采集的泄漏電流與泄漏電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波分析，并且進(jìn)一步由頻譜圖分析避雷器參數(shù)，得到其基波電壓電流的相位差，從而判定其性能優(yōu)劣。通過分析比較，得到避雷器的性能判定指標(biāo)，并為診斷其故障特征提供了拓展思路。

關(guān)鍵詞：諧波分析電流譜分析氧化鋅避雷器性能判定

1、引言

氧化鋅避雷器是用氧化鋅閥片疊裝而成的，可以完全消除間隙。當(dāng)施加較低電壓時，晶界層近似絕緣，電壓幾乎都加在晶界層，流過的電流為微安級；當(dāng)電壓升高時，晶界層由高阻變?yōu)榈妥瑁娏鲃≡觥Ｔ诮涣麟妷合拢芾灼魅娏靼泄Ψ至亢蜔o功分量，正常運行時，主要為容性電流，阻性電流只占很小一部分，但當(dāng)閥片老化，避雷器受潮，內(nèi)部絕緣老化等，阻性電流大增。在運行電壓下，測量全電流，阻性電流可在一定程度上反映氧化鋅避雷器運行。

2、實驗數(shù)據(jù)采集

由上述理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行實驗采集數(shù)據(jù)。分別對三只氧化鋅避雷器進(jìn)行上電加壓實驗，可以得到電流基波與電壓基波的相位差Φ，從而來判斷氧化鋅避雷器故障狀態(tài)。

進(jìn)行實驗時，將儀器接地端與實驗室地線連接，儀器“參考電壓輸入”通過紅色電壓測試線與變壓器控制箱的輸出端連接；避雷器上端接試驗變壓器的高壓端，避雷器下端接儀器的“泄露電流輸入”紅夾子，“泄露電流輸入”黑夾子接高壓尾。得到如下實驗數(shù)據(jù)。

表1—1 氧化鋅避雷器帶電測試實驗數(shù)據(jù)

說明：U0：試驗電壓有效值I3：總泄漏電流3次諧波峰值

Ix：總泄漏電流有效值Irlp：阻性電流峰值

Ip：總泄漏電流峰值Iclp：容性電流基波峰值

Φ1：基波電流超前基波電壓相位差P1：MOA基波功耗

3、由表格數(shù)據(jù)得到電流電壓相位差φ判斷避雷器的性能

由實驗數(shù)據(jù)得，基波電流超前基波電壓的相位差φ的實測值范圍是84.52°～87.23°，達(dá)到83°以上，表明避雷器性能優(yōu)秀。

表1—2 氧化鋅避雷器性能判定依據(jù)表格

具體表現(xiàn)為，當(dāng)電流基波與電壓基波的相位差Φ小于75。時，表明氧化鋅避雷器已經(jīng)劣化，性能很差，應(yīng)停電實驗，測量1mA下電流參考電壓及0.75倍電流參考電壓下的泄露電流。根據(jù)停電結(jié)果來決定是否替換避雷器。當(dāng)Φ大于75。時，認(rèn)為其正常，可繼續(xù)運行。

4、電流諧波分析與頻譜分析

4.1電流諧波分析

對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行，調(diào)用cftool函數(shù)，對得到的電流離散數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合。經(jīng)過多次擬合，比較最后的擬合量度Goodness of fit，得到最佳擬合曲線：

圖1—1 氧化鋅避雷器帶電測試泄漏電流波形

4.2頻譜分析

由傅立葉變換進(jìn)行諧波分析，得到如下頻譜圖：

圖1—2 氧化鋅避雷器帶電測試泄漏電流頻譜圖

由此直觀地得到相應(yīng)的諧波幅值，得出結(jié)論:在含有的奇次諧波中，三次諧波含量最小。由資料可得，三次諧波的分量與非線性有關(guān)，非線性越強(qiáng)時， I3中系數(shù)越大，其三次諧波含量越多。進(jìn)一步查閱資料可知，泄漏電流中含有的三次諧波Ir3是個特征量，能敏感地反映避雷器故障，可以利用其作為診斷指標(biāo)。但是，電壓諧波對泄漏電流及其阻性分量影響很大，尤其Ir3受影響最大；需要根據(jù)系數(shù)進(jìn)行校正。

5、總結(jié)

氧化鋅避雷器帶電測試實驗操作簡單易行。通過運用MATLAB工具進(jìn)行曲線擬合進(jìn)而得到諧波分析，可以初步了解氧化鋅避雷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得出判定氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的方法，并且掌握氧化鋅避雷器的故障特征和相應(yīng)的故障診斷方法，對于避雷器的使用及防護(hù)有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建文.電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，2006

[2]嚴(yán)璋.電氣絕緣在線檢測技術(shù)[M].北京:水利水電出版社，1995

[3]邱毓昌，施圍，張文元.高電壓工程[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，1995

[4]陳天翔，王寅仲.電氣試驗[M].北京:中國電力出版社，2005