基于低壓微安表法的特高壓直流換流站多柱并聯(lián)避雷器直流參考電壓和泄漏電流測量方法的研究

楊 力 高立超 楊志華 龔 源

（1. 國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州 730030；

2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730070）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力供應逐漸供不應求，特別是我國的資源分布極不均勻，風電、光伏、水電等可再生電力資源多集中在中西部，而用電需求較高的省份多集中在東部及沿海地區(qū)，所以大容量、遠距離傳輸?shù)奶馗邏褐绷鬏旊姽こ瘫淮罅客度胧褂茫鴵Q流站直流場大量使用了多柱并聯(lián)的直流氧化鋅避雷器，在對這些避雷器進行交接試驗和預防性試驗時必須進行直流參考電壓和泄露電流的測量[1-2]。并聯(lián)避雷器相互之間的距離較近，且安裝高度均很高，如果采用單柱試驗法對每一只避雷器進行單獨試驗，就必須使用吊車將避雷器拆下放在地面上進行測量，試驗結(jié)束后再進行安裝，這就增加了工作量，特別是在進行預防性試驗時，試驗工期緊，任務重，很難在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的試驗工作，且頻繁的拆卸和安裝容易造成避雷器損壞，達不到預期的試驗目的。

為了提高工作效率，保證人身和設(shè)備安全，在不拆除避雷器的情況下可以準確的測量避雷器直流參考電壓和泄露電流，本文介紹了一種低壓微安表測試法，較好地解決目前特高壓換流站直流場多柱并聯(lián)避雷器交接試驗和預防性試驗存在的測試難的問題，并通過對酒泉±800kV特高壓直流換流站直流場并聯(lián)避雷器的實際測試結(jié)果對比和分析說明了該方法的可行性。

1 ±800kV直流場直流避雷器介紹

直流避雷器的運行條件和工作原理與交流避雷器有很大的差別，首先正常運行時直流避雷器的發(fā)熱較嚴重；其次直流避雷器的外絕緣水平要求高。直流避雷器的運行條件要比交流避雷器的嚴酷的多，因而對直流避雷器提出的技術(shù)要求很高[3-4]。本文就以酒泉±800kV特高壓換流站換流站中并聯(lián)避雷器為例進行測試分析。

酒泉±800kV特高壓換流站直流場有多種并聯(lián)避雷器，從安裝結(jié)構(gòu)上講，大致可以分為兩類：①以中性線區(qū)域為代表的多柱并聯(lián)避雷器，②過零振蕩裝置為代表的多柱串并聯(lián)避雷器。

1.1 多柱并聯(lián)型避雷器

酒泉±800kV特高壓換流站直流場中性線和旁路線避雷器均采用多支柱并聯(lián)型避雷器，分別如圖1和圖2所示。這兩種避雷器都是測量直流4mA下參考電壓和0.75倍參考電壓下泄漏電流，這種避雷器參考電壓高，避雷器相互間距離近，試驗具有很大的困難。

圖1 酒泉換流站極Ⅰ中性線避雷器F1

圖2 酒泉換流站旁路線避雷器F3

1.2 多柱串并聯(lián)型避雷器

酒泉±800kV特高壓直流換流站過零振蕩裝置避雷器均安裝在振蕩裝置平臺上，采用多支柱串并聯(lián)，這種避雷器先是上下兩節(jié)避雷器串聯(lián)，然后12只避雷器再進行并聯(lián)，如圖3所示。這種避雷器都是測量直流1mA下參考電壓，參考電壓低，但相互間距離近，且上下兩節(jié)串聯(lián)使用，所以試驗也具有很大的困難。

圖3 酒泉換流站過零振蕩裝置避雷器

2 多柱并聯(lián)避雷器試驗方法分析

2.1 常規(guī)試驗方法及試驗設(shè)備概況

目前直流場金屬氧化物避雷器的交接試驗和預防性試驗的主要試驗項目是進行直流參考電壓和0.75倍參考電壓下泄漏電流的測量，直流參考電壓主要為了檢查避雷器閥片是否受潮，動作性能是否符合要求，0.75倍參考電壓下泄漏電流是檢查長期允許工作電流是否符合要求[5-6]。特高壓直流避雷器直流參考電壓與泄漏電流試驗與常規(guī)避雷器有較大不同，每只并聯(lián)避雷器的直流參考電壓應在制造廠選定的直流參考電流下進行，0.75倍直流泄漏電流應不超過50μA[7]。對于多支柱并聯(lián)避雷器，各避雷器相互間距離太近，采用常規(guī)試驗方法只能將避雷器依次拆下，然后進行單支試驗，試驗接線如圖 4所示。

圖4 避雷器泄漏電流測量示意圖

并聯(lián)避雷器兩支之間的距離一般只有 5～30cm，在不拆除避雷器的情況下，如果進行單只加壓的話，必然就會造成對其他避雷器的放電擊穿，無法實現(xiàn)對直流參考電壓和直流泄漏電流的測試目的，只能拆除后進行單只試驗，造成很多的不便，增加了工作量。

有部分換流站對此類避雷器預試時多采用不拆線直接測試，假設(shè)為n柱，試驗采用n mA泄漏電流下的參考電壓和 0.75倍參考電壓下總的泄漏電流。這種試驗方式雖然簡便，但對于試驗結(jié)果的判定目前還沒有相關(guān)依據(jù)支撐[8-9]。特別是泄漏電流的測試，其實只是測量了所有避雷器的總泄漏電流，無法對每一支避雷器進行精確分析[10]。

2.2 低壓微安表法測試方法介紹

使用低壓微安表測試法可以解決這個問題。首先將避雷器高壓端引線拆除，并將所有并聯(lián)避雷器高壓端短接，直流高壓發(fā)生器直接從高壓側(cè)加壓，并通過高壓發(fā)生器頂端的高壓微安表監(jiān)測所有并聯(lián)避雷器總的泄漏電流。其次打開所有避雷器低壓端與放電計數(shù)器的連接，將需要測試的一只避雷器的低壓端串聯(lián)一個低壓直流微安表后接地，其他避雷器低壓端直接接地，這樣可以通過低壓微安表單獨監(jiān)測被測避雷器的泄漏電流，當?shù)蛪何脖淼闹甘镜竭_規(guī)定的電流時，記錄避雷器的參考電壓，然后把參考電壓降到0.75倍，再通過低壓微安表記錄被測避雷器的泄漏電流。

為了驗證該方法的準確性，現(xiàn)場對酒泉換流站直流場中一組中性線避雷器和一組旁路避雷器分別進行了試驗對比分析。首先通過上面所說的方法，采用低壓微安表法對避雷器直流參考電壓和泄露電流進行測量，記錄試驗數(shù)據(jù)。然后使用吊車將避雷器拆除后放到地下單獨試驗，進行單只避雷器測量，通過實際測量數(shù)據(jù)比對，對低壓微安表法進行準確的分析。

1）酒泉±800kV直流換流站直流場極Ⅰ中性線避雷器為4節(jié)并聯(lián)型避雷器，如圖1所示，該避雷器型號為 YH2WCBN2-304/408，直流 4mA參考電壓≥300kV，0.75倍 U4mA泄漏電流≤200μA，高壓端并聯(lián)短接，中間距離10cm左右。

采用兩種測試方法測試結(jié)果分別見表1至表3。

表1 并聯(lián)整體加壓高壓微安表測試試驗數(shù)據(jù)

表2 并聯(lián)整體加壓低壓微安表試驗數(shù)據(jù)

表3 單只避雷器加壓試驗數(shù)據(jù)

2）酒泉±800kV直流換流站直流場旁路避雷器為6節(jié)并聯(lián)型避雷器，如圖2所示，該避雷器型號為 YH2WCBN2-304/408，直流 4mA參考電壓≥300kV，0.75倍 U4mA泄漏電流≤200μA，上端通過扁鐵并聯(lián)短接，中間距離約為15cm左右。

采用兩種測試方法測試結(jié)果分別見表4至表6。

表4 并聯(lián)整體加壓高壓微安表測試試驗數(shù)據(jù)

表5 并聯(lián)整體加壓低壓微安表試驗數(shù)據(jù)

表6 單支避雷器加壓測試試驗數(shù)據(jù)

由兩組避雷器的試驗數(shù)據(jù)可以看出：

1）對避雷器分別進行單柱測量時，不存在外界的干擾因素，不同柱避雷器的直流4mA下的參考電壓并沒有明顯差異，0.75倍參考電壓下的泄漏電流也很小，在標準范圍內(nèi)。

2）通過低壓微安表法測量時，由于受各避雷器之間的影響，在空間會有一定的雜散電流存在，所以當?shù)蛪何脖盹@示為4mA時，高壓微安表的讀數(shù)就已高于各單只避雷器的泄漏電流總和。

3）低壓微安表法測試的直流4mA下的參考電壓與單柱測量的結(jié)果相比，低壓微安表法測試結(jié)果略小，但是試驗結(jié)果均符合避雷器試驗標準，可以作為避雷器交接驗收和預防性試驗的判斷標準。0.75倍參考電壓下的泄漏電流與單獨試驗相比也沒有明顯變化，說明測試數(shù)據(jù)合格。

3 結(jié)論

對于多柱單節(jié)并聯(lián)避雷器可以采用低壓微安表法測量參考電壓和泄漏電流，測試結(jié)果與出廠值與單獨測試結(jié)果相比沒有明顯的差別，故而可以代替常規(guī)試驗方法，既節(jié)約了人力物力，提高工作效率，又可以保證設(shè)備避雷器安全，交接驗收試驗所測得的數(shù)據(jù)還可以作為以后避雷器的原始數(shù)據(jù)進行對比分析。

由于對并聯(lián)避雷器進行并聯(lián)加壓，所以要求直流高壓發(fā)生器輸出電流較大。以酒泉±800kV直流換流站直流場旁路避雷器為例，整體加壓時高壓側(cè)輸出電流超過 24mA，所以要求發(fā)生器有較高的輸出容量，且高壓微安表有至少30mA的量程，不然就會損壞試驗設(shè)備。

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