關于避雷器阻性電流測量方法改進的研究

劉朝暉

摘 要：供電設備試驗的模式在由原始的斷電測試模式轉變為更為先進高效的帶電運行模式，帶電運行模式的日益普遍提高了供電設備的可靠性。但由于設備帶電運行模式測試中避雷器排列方法的差異，常常會出現影響試驗結果的阻性電流非正值，使得難以進行正確的判斷。筆者以大量的現場試驗為基礎，提出了一套改進避雷器阻性電流測試的新方法——實際相角法。該方法使得試驗結果不再受避雷器安裝排列方法差異所影響，更為直觀的觀測阻性電流的變化趨勢，試驗結果準確性得到了較大的提升，這對傳統的帶電測試方法試一次重要的提升，具有實踐意義。

【關鍵詞】避雷器 試驗 實際相角法 阻性電流

近年來供電設備試驗的模式在由原始的斷電測試模式轉變為更為先進高效的帶電運行模式，帶電運行模式的供電設備試驗可以在不需要斷電的情況下，根據其電阻片中阻性電流的變化趨勢來了解電阻片的老化以及損壞情況，這是帶電運行測試無與倫比的巨大優勢，但是對于帶電運行測試最難解決的問題就是附近其它帶電設備對于測試結果的干擾。設備帶電運行模式測試中，常常會由于避雷器安裝排列的差異，導致出現影響試驗結果的阻性電流非正值，三相阻性電流值差別比較大，和產品出廠時進行測驗的值也有很大的差別。很容易得到一個結論就是該方法經過測量試驗得到的阻性電流值并不準確。按照理論，阻性泄露電流應當占到總電流的百分之十至百分之二十，很明顯會與該帶電測量方法得到的測量結果相沖突。對于完善帶電運行測試模式很多專家學者做了很多的試驗和研究，也作出的不可磨滅的貢獻，筆者在這里主要對避雷器阻性電流測量方法改進進行研究，并提出實際相角法的新方法。

1 避雷器阻性電流測量原理與特性

1.1 氧化鋅避雷器原理結構與工作特性

氧化鋅避雷器是一類先進的保護型電器，它的主要結構閥片是以氧化鋅為關鍵材料，輔以多種金屬金屬材料高溫燒結制造而成。氧化鋅避雷器簡稱MOA，它具有較為不錯的非線性性質、殘留電壓低、通流容量巨大等頗為優異的特性，在正常工作電壓下，避雷器閥片的電阻很大，幾乎可以視為絕緣體，而在大電壓的沖擊下可以在很短的時間內調整到低電阻狀態下被擊穿，大電流得到釋放后又可以極快的恢復到高電阻狀態，所以在實際中氧化鋅避雷器與被保護設備并聯，避免線路及設備受到電壓危害。由于氧化鋅避雷器的種種優點，它被普遍地應用在各個電力系統中并具有非常好好的經濟效益。圖1為氧化鋅避雷器等值電路。

1.2 測量原理

當氧化鋅避雷器老化或損壞時，往往會發生其阻性電流增大的現象。所以在實際的運行工作中，測試人員常常根據用電設備在正常電壓工作的條件下阻性電流的變化趨勢來對氧化鋅避雷器的性能進行評估。

近些年RCD-4型阻性電流測量儀是實際工作中使用最為頻繁的測量儀器，這種儀器測量氧化鋅避雷器阻性電流的測量原理是選取對象（氧化鋅避雷器）的電流信號總和，然后再測量一個與被測量氧化鋅避雷器兩邊電壓同相的電流信號?？傠娏餍盘朓x基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影就可以表示為被測量氧化鋅避雷器的阻性電流，如圖2。

由于RCD-4型阻性電流測量儀測量回路中輸入的電流阻抗相對而言較小，把電流測量儀用于測量的探頭連接在放電計數器兩端就可以測量出總電流信號I1，這種測量方法十分簡便且具有唯一性。

測量電壓信號U1的方法大致分為三種：

（1）從標準電壓（220V）的電源上測得電壓信號U1，這種方法稱之為電源法。

（2）在測量現場測得一個感應電壓U1，稱之為感應法

（3）在電壓互感器2次繞組中測得電壓U1，這種方法稱之為PT法。在這三種方法中最為簡單且便于實施的方法是電源法，而且電源法具有危險性低、可靠性高等優點，現已在實際測量中得到了普遍的運用，接線方法見圖3。

1.3 三次諧波法的分析及實現

因為在線測試當中，一般要在PT上引用電壓的信號作為參考，導致測試試驗的結果容易因為PT角差而產生誤差。三次諧波法無需引入PT上的電壓信號作參考，而且試驗方法較為簡單便捷，但是三次諧波法也有明顯的缺點，使三次諧波法沒有得到普遍的應用，主要的缺點：a.不同氧化鋅避雷器的閥片，它的阻性電流最大值和三次分量相互間的函數關系互有差異，哪怕相同的閥片在不同的使用階段也會發生變化，所以測試中結果的準確程度難以得到保證。b.如果母線中也含有三次諧波的分量，這種方法就無法消除這些三次諧波分量對測試的干擾，最終也影響了結果的準確性。

在當前條件下，產生的解決這種問題的方法是三次諧波補償法，新增了更多的電場探頭，使得電網中的三次諧波對于試驗結果造成的誤差得到了補償，測試方法也十分的便捷。

圖4為三次諧波阻性電流分量測量。

2 傳統阻性電流測量方法的弊端

筆者曾在單位管內10千伏石巴貫通線路上對進行氧化鋅避雷器不斷電測試的試驗中出現一些氧化鋅避雷器阻性電流產生非正值的特殊現象。在此試驗中所采用的儀器是正規的避雷器通電測試儀，所采用的方法是自動邊補的測試方法，這種方法已經考慮了氧化鋅避雷器三相互相之間的影響，而且對其進行了補償，但是測試結果中氧化鋅避雷器的阻性電流仍然產生了非正值，這表明在進行氧化鋅避雷器帶電測試中還受到了其他因素的較強影響。

傳統阻性電流測量方法主要存在的問題主要是兩個方面：

2.1 傳統阻性電流測試方法無法直接依據理論進行判斷

工作狀態正常的氧化鋅避雷器阻性泄露電流應當占到總電流的百分之十至百分之二十，當阻性泄露電流占總電流的比例增加并且超出這一范圍時，可以判斷出該避雷器的工作狀態出現了故障。但是傳統阻性電流測量方法是分析角度的變化來對避雷器工作狀態進行評定的，并沒有辦法依據理論來對避雷器工作狀態進行評定。而且傳統測量方法也沒有明確的規定角度變化與避雷器工作狀態之間的具體變化關系，在實際測試中會有可能會出現判斷錯誤的情況。

2.2 傳統阻性電流測量方法的測試結果中可能會產生非正值

避雷器的運行環境十分復雜，存在著非常多的干擾因素，對電壓、電流等可能會造成影響。比較重要的干擾因素有：避雷器電壓可能會有波動；濕度、銹蝕、表面污垢、溫度等對于避雷器阻性泄漏電流的干擾；附近帶電體也可能會對測量造成干擾，使得測量結果不準確。當避雷器的帶電測量被附近帶電體干擾時，哪怕三支氧化鋅避雷器的帶電特性非常接近，得到的測量結果中阻性電流基波大小也可能存在很大的差異，給判斷其工作狀態以及劣化成都造成了困難。而且在實際中，近些年來避雷器的排列方式不僅僅只是以“一”字形進行排列，大部分排列方式都是“/”“～”等型進行排列，這使得附近帶電體對阻性電流的帶電測量影響更為明顯，測試結果中可能會產生非正值，使得對避雷器的實際狀態更加難以評估，顯然用這種傳統方法測出的阻性電流值并不是準確的。

3 一種改進測試方法——實際相角法

3.1 原理設計

在現場中氧化鋅避雷器的相間相位差由以前的120度變的不確定，我們以提高試驗結果的判斷更為直接并更為準確為目標，就要想辦法清除負值，那么我們采用的校正角就需要用實際相角的差值來進行判斷。因為當氧化鋅避雷器安裝部位確定了后，試驗所受到的其他因素的影響也基本確定了下來。實際相角法就是在設備安裝運行后假設a，b，c間運行無明顯問題，在進行校正后對其阻性電流以及實際的相間相位差進行測量，然后在半年后把上次測量得到的實際相角差作為校正角來更為準確的測量出其阻性電流大小，這樣就達成了以阻性電流的變化趨勢來評估氧化性避雷器性能得目的，實踐中該方法步驟如下：

第一次測試：將各相都用85度來校正，例如測量A相時，測得A相氧化鋅避雷器總電流IxA，并測出IA與電壓信號的夾角，通過85度校正測出其阻性電流IR1p（A1），通過該方法再分別測出B相、C相阻性電流IR1p（B1）、IR1p（C1），并將實驗數據加以保存，將來可以用于判斷氧化鋅避雷器運行的好壞，通過簡單的運算也可以算出A與B的實際相角差和B與C的是實際相角差。

第二次測試：選取B相氧化鋅避雷器總電流IxB用于測出IB和電壓的夾角φU-I，接著將B相校正角φ0（B）=85°-φU-I引入儀器當中，從而得到了B相阻性電流值IR1p（B）。A相氧化鋅避雷器的總電流IxA，通過各相角聯系求出A相氧化鋅避雷器校正角，引入儀器中可以得出A相阻性電流值IR1P（A），同樣方法測出氧化鋅避雷器C相阻性電流值IR1P（C），這個時候就可以將IR1P（A）、IR1p（B）、IR1P（C）與原始阻性電流值IR1p（A1）、IR1p（B1）、IR1p（C1）放在一起對比，依據理論可以判斷氧化鋅避雷器的運行狀態。φ0（A）

3.2 實驗效果

筆者這兩年來將本文所講的實際相角法運用于許多正常工作的氧化鋅避雷器阻性電流不斷電測試試驗當中，試驗結果表明實際相角法的確成功的解決了阻性電流測量結果出現非正值的問題，而且其測量結果也準確的評估了氧化鋅避雷器的工作狀態，這種測量方法具有安全、高效、準確、便捷等優點。表1為對10kV石巴貫通線路氧化性避雷器與10kV石瓷貫通線路氧化鋅避雷器進行現場測試并將實際相角法與原有的電源法測試結果作比較。

2015年9月23日，對10kV瓷烏貫通線路氧化鋅避雷器運用了實際相角法進行帶電測試，結果很明顯的表明C相氧化鋅避雷器測得的阻性電流超過了2014年測量的阻性電流值3倍，總電流中的阻性電流占有比例也同樣大幅度提高了，通過觀察結果運用理論分析得出這個氧化鋅避雷器存在著問題，表2為該次現場測試數據。

需要說明的一點是，在做現場測試的過程中必須要考慮到三相電流、三相電壓以及接觸不良等因素可能對測試結果造成不良的影響，當電源電壓每次測試不是同向的時候，因為電源電壓相間的相位差是120°，就可以加減120°進行換算，或者也能更換另一相電源。另外，臨近線路帶電與否也會一定程度上影響到氧化鋅避雷器阻性電流的測量準確性，經過筆者多次試驗得出，臨近線路帶電與否對于測量中阻性電流的大小有百分之十五以內的影響，這種大小的誤差在實際運行中是可以被允許的，我們依然足以對氧化鋅避雷器工作狀態進行準確的評估，并且也可以在測量中記錄下臨近線路帶電與否來減小結果誤差。

4 結語

傳統氧化鋅避雷器阻性電流測量方法的弊端嚴重影響到了其測試結果的準確性，而實際相角法將傳統的以相角的不同變化來評估氧化鋅避雷器劣化的方法提升為更為直觀的利用阻性電流變化趨勢來評估氧化鋅避雷器的工作狀態，真實的表現出氧化鋅避雷器的阻性電流值，解決了一直以來傳統測試方法中突出的阻性電流負值的問題，使得反映工作中的氧化鋅避雷器的工作狀態更為準確，并且真實可靠有實際運用的價值。

參考文獻

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作者單位

神華包神鐵路有限責任公司 內蒙古自治區鄂爾多斯市 017000