基于電壓補(bǔ)償原理的避雷器泄漏試驗(yàn)方法研究

甘 強(qiáng)，陳 軒，邵新蒼，吉亞民

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京 211102)

直流參考電壓U1mA和0.75 倍U1mA下的泄漏電流測量是避雷器交接與例行試驗(yàn)項(xiàng)目之一，可有效地反應(yīng)避雷器閥片是否存在受潮、老化。220 kV 及以上電壓等級避雷器每相分為若干單元，由于制造工藝等原因，各節(jié)避雷器的伏安特性存在一定差異，甚至差異較大（偏差達(dá)到5%左右）。同時(shí)，相關(guān)文獻(xiàn)也提出避雷器均壓環(huán)對直流泄漏試驗(yàn)存在一定的影響[1-3]。針對此類避雷器須拆除上引線，分單元進(jìn)行避雷器參考電壓及直流泄漏電流測試，由此帶來了檢修時(shí)間的延長和大量的人力、物力投入。

本文在傳統(tǒng)的直流高壓發(fā)生器的基礎(chǔ)上，增加1臺(tái)可調(diào)極性的直流高壓發(fā)生器，在下節(jié)避雷器下部法蘭處施加一可調(diào)極性的直流電壓，與傳統(tǒng)直流高壓發(fā)生器進(jìn)行配合，使避雷器上下2個(gè)單元直流泄漏電流同時(shí)達(dá)到1 mA，一次性完成兩節(jié)避雷器的直流參考電壓試驗(yàn)后，2 臺(tái)直流發(fā)生器同步降壓至0.75 倍U1mA可同時(shí)完成2個(gè)單元的直流泄漏電流測試。通過現(xiàn)場應(yīng)用，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的有效性。

1 傳統(tǒng)測試方法的局限性

對兩節(jié)型的220 kV 避雷器，傳統(tǒng)不拆引線進(jìn)行避雷器下單元直流試驗(yàn)的方法如圖1 所示。

圖1 不拆引線進(jìn)行避雷器直流試驗(yàn)原理圖

圖1 中，負(fù)極性直流高壓施加于避雷器上下2個(gè)單元連接法蘭處，經(jīng)一微安表測量避雷器2個(gè)單元的總泄漏電流；拆除避雷器底部法蘭與放電計(jì)數(shù)器的連接，將底部法蘭經(jīng)另一微安表接地，測量避雷器下單元泄漏電流，計(jì)算2 臺(tái)微安表電流差值得到避雷器上單元的直流泄漏電流。傳統(tǒng)方法存在以下局限性：

（1）上下2個(gè)單元避雷器的伏安特性存在差異，不可能同時(shí)到達(dá)1 mA，因此直流參考電壓的測量需分2次進(jìn)行；同時(shí)避雷器2個(gè)單元的0.75 倍U1mA也不相同，泄漏電流測試也需分2 次進(jìn)行。

（2）當(dāng)同相避雷器2個(gè)單元參考電壓差異較大時(shí)，在對參考電壓較高的單元進(jìn)行直流試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備可能出現(xiàn)過載。

如圖2 所示，避雷器上下2個(gè)單元U1mA相差約為4 kV時(shí)，當(dāng)U1mA較大的避雷器單元泄漏電流達(dá)到1 mA時(shí)，U1mA較小的避雷器單元的直流泄漏電流已達(dá)到8 mA。試驗(yàn)設(shè)備輸出電流已遠(yuǎn)超出其額定電流（一般為3 mA），此時(shí)須拆除引線分單元進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 避雷器伏安特性曲線圖

2 基于電壓補(bǔ)償原理的流測試方法

為了解決傳統(tǒng)方法的局限性，且提出一種基于電壓補(bǔ)償原理的不拆引線試驗(yàn)方法，其原理如圖3 所示。

圖3 電壓補(bǔ)償法運(yùn)用于220 kV 避雷器直流試驗(yàn)原理圖

圖3 中，直流高壓發(fā)生器1為傳統(tǒng)的負(fù)極性直流高壓發(fā)生器，直流高壓發(fā)生器2為可調(diào)極性的直流高壓發(fā)生器，可根據(jù)試驗(yàn)情況輸出正或負(fù)極性的直流高電壓。若避雷器下單元參考電壓大于避雷器上單元，調(diào)節(jié)直流高壓發(fā)生器1，避雷器上單元泄漏電流先達(dá)到1 mA時(shí)，保持直流高壓發(fā)生器1的輸出電壓不變，選擇直流高壓發(fā)生器2 輸出極性為正極性，調(diào)節(jié)其電壓，使避雷器下單元泄漏電流達(dá)到1 mA。避雷器上單元的參考電壓為直流發(fā)生器1的輸出電壓，避雷器下單元的參考電壓為直流發(fā)生器1 和直流發(fā)生器2 輸出電壓的絕對值之和。

將直流高壓發(fā)生器1 與直流發(fā)生器2的輸出電壓同步降為75%，避雷器下單元的泄漏電流為與避雷器底部法蘭相連的微安表電流值，避雷器上單元的泄漏電流為2 臺(tái)微安表電流絕對值之差。若避雷器上單元參考電壓大于避雷器下單元，在一定電壓下保持直流發(fā)生器1 輸出電壓不變，選擇直流發(fā)生器2 極性為負(fù)極性，預(yù)加電壓5 kV，使避雷器上單元泄漏電流大于下單元。調(diào)節(jié)直流發(fā)生器1 使上單元泄漏電流達(dá)到1 mA 后，調(diào)節(jié)直流發(fā)生器2，使下單元泄漏電流也達(dá)到1 mA。讀取并計(jì)算2個(gè)單元的參考電壓，繼而將直流高壓發(fā)生器1 與2的輸出降為75%，讀取并計(jì)算2個(gè)單元的0.75 倍U1mA下的泄漏電流。

3 可調(diào)極性倍壓電路設(shè)計(jì)

直流發(fā)生器2為可調(diào)極性直流高壓發(fā)生器，額定輸出電壓為5 kV，額定輸出電流為3 mA，其倍壓電路的原理如圖4 所示。

圖4 中D1至D7為二極管，通過切換開關(guān)接入電路；當(dāng)D1至D6 接入電路時(shí)，倍壓電路輸出正極性高壓，如圖5 所示。當(dāng)D2至D7 接入電路時(shí)，倍壓電路輸出負(fù)極性高壓，如圖6 所示。

為給避雷器泄漏電流提供通路，在輸出端對地并聯(lián)一泄流電阻，阻值為2 MΩ；對地并聯(lián)一放電間隙，避免避雷器擊穿后，直流高壓發(fā)生器2 承受過高電壓。

圖4 可調(diào)極性倍壓電路原理圖

圖5 可調(diào)極性倍壓電路正極性輸出原理圖

圖6 可調(diào)極性倍壓電路負(fù)極性輸出原理圖

4 測量邏輯設(shè)計(jì)

測量邏輯框圖如圖7 所示。電流采樣通過具有藍(lán)牙通信功能微安表實(shí)現(xiàn)，微安表1、微安表2的泄漏電流讀數(shù)通過藍(lán)牙傳輸至儀器，計(jì)算出上節(jié)與下節(jié)避雷器泄漏電流，儀器內(nèi)部處理單元根據(jù)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)調(diào)整可調(diào)極性直流高壓發(fā)生器輸出電壓極性，達(dá)到電壓補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

5 現(xiàn)場應(yīng)用

某500 kV 變電站1 號主變220 kV 側(cè)避雷器需進(jìn)行例行試驗(yàn)，交接試驗(yàn)時(shí)該避雷器不帶上引線進(jìn)行測試，A 相下單元U1mA為160.6 kV，I0.75U1mA為10 μA；上單元U1mA為157.4 kV，I0.75U1mA為8 μA。本次例行試驗(yàn)分別采用以下2 種方式進(jìn)行了測試。

首先用傳統(tǒng)不拆引線測試方法對該相避雷器進(jìn)行測試，第一步測試上單元，1 mA 參考電壓為156.7 kV，此時(shí)下單元泄漏電流為912 μA。第二步測試下單元，升壓至158.8 kV時(shí)，避雷器下單元泄漏電流為937 μA，避雷器上單元泄漏電流為2090 μA，總電流超過直流高壓發(fā)生器3 mA的額定輸出電流，儀器過流保護(hù)動(dòng)作，傳統(tǒng)不拆線測試方法已無法完成測量。

圖7 測量邏輯框圖

現(xiàn)場使用新研發(fā)的裝置對該避雷器開進(jìn)行測試，直流高壓發(fā)生器1 輸出電壓為156.8 kV時(shí)，避雷器上單元泄漏電流達(dá)到1 mA，此時(shí)避雷器下單元泄漏電流為913 μA，調(diào)節(jié)直流高壓發(fā)生器2，輸出電壓極性為正極性，幅值為3.1 kV，此時(shí)避雷器下單元泄漏電流也達(dá)到1 mA。讀取電壓值后，將2 臺(tái)直流高壓發(fā)生器輸出電壓降為75%，計(jì)算2個(gè)單元的參考電壓與泄漏電流，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

本次測試一次接線、升壓，同時(shí)完成了2 節(jié)避雷器的測試；直流參考電壓測試結(jié)果與交接相比誤差小于0.5%，泄漏電流測試結(jié)果與交接數(shù)據(jù)基本保持一致，表明該方法與傳統(tǒng)方法具有等效性。傳統(tǒng)方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，避雷器底座幾乎不承受電壓；電壓補(bǔ)償法測試時(shí)，避雷器底座須承受數(shù)千伏的電壓（＜5 kV），在原理上存在測試誤差。從現(xiàn)場實(shí)測的結(jié)果來看，表面清潔過的避雷器底座絕緣電阻通常＞5000 MΩ，新方法造成的測量誤差小于1 μA，在工程測量過程中可忽略。

表1 電壓補(bǔ)償法運(yùn)用于220 kV 避雷器直流試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié)束語

（1）220 kV 及以上電壓等級避雷器各節(jié)的伏安特性存在一定差異，當(dāng)差異較大時(shí)，傳統(tǒng)不拆引線的試驗(yàn)方法因測試設(shè)備容量限制，可能導(dǎo)致試驗(yàn)無法開展，須拆除引線進(jìn)行測試。

（2）電壓補(bǔ)償法通過增加1 臺(tái)可調(diào)極性直流高壓發(fā)生器，可以在不拆引線條件下的完成避雷器的參考電壓及泄漏電流測試。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該方法與傳統(tǒng)方法有較好的等效性，具有實(shí)用推廣意義。

[1]吳東文.500 kV 氧化鋅避雷器上節(jié)單元0.75U1mA泄漏電流測試誤差分析[J].電瓷避雷器，2012，250(6)：62-66.

[2]秦家遠(yuǎn).雷擊下金屬氧化物避雷器ATP 仿真模型分析[J].電瓷避雷器，2007，220(6)：41-44.

[3]王靜君，李文書，杜積貴.氧化鋅避雷器帶電測試方法應(yīng)用分析[J].江蘇電機(jī)工程，2013，32(2)：57-59.