750 kV串抗并聯避雷器泄漏電流表指示異常分析研究

田天；周秀；馬惠中；羅艷；馬云龍；劉威峰

(1.國網寧夏電力有限公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750011；2.國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司，內蒙古 通遼 028000 )

金屬氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)具有非線性特性優良的優點，無串聯間隙，殘壓低，無續流，且耐污性能好[1-2]，通常并聯接在被保護設備附近，吸收雷電過電壓、操作過電壓等沖擊能量[3]，在防止設備過壓損壞、確保電網安全運行方面具有重要作用。運行電壓下避雷器內部存在微小的泄漏電流，包含阻性電流和容性電流兩部分，當避雷器內部出現電阻片老化或受潮等異常時，流過避雷器的阻性電流將明顯增大，使得電阻片功率損耗增加，電阻片的運行溫度增加，最終導致避雷器損壞[4-6]。

目前，常在避雷器上安裝泄漏電流表用以監測泄漏電流變化情況，以判斷避雷器的運行狀態。正常情況下，當避雷器出現內部受潮、閥片損壞等異常時，泄漏電流表指示會偏大甚至滿偏，此時應采取措施防止發生事故，但是，避雷器性能良好時在線泄漏電流表指示也會出現異常偏大或滿偏、異常偏小或為零情況[7]。某換流站避雷器并聯于750 kV線路平波電抗器兩端，在電抗調試投運過程中，出現避雷器泄漏電流表指針滿偏異常現象。

1 泄漏電流表指針異常情況

某換流站750 kV出線間隔裝設限流電抗器，在每臺電抗器兩側均并聯避雷器。在電抗器投運過程中，串抗避雷器動作及泄漏電流表(以下簡稱電流表)指針出現滿偏現象，隨后立即停止投運，并組織人員展開分析。串抗避雷器現場布置如圖1所示。

圖1 避雷器現場布置

1.1 泄漏電流表基本情況

泄漏電流表是用來測量避雷器泄漏電流、記錄動作次數，以監測避雷器運行狀態的裝置，包括放電計數器和電流表兩部分[8]。技術參數如表1所示。

表1 泄漏電流表的主要技術參數

在沖擊電壓下，計數器電容通過非線性回路對計數器線圈放電，當超過規定的下限動作電流值50 A時，計數器動作并記錄放電次數。電流表可監測運行電壓下的避雷器泄漏電流。電流表內部主要有電路板、表頭、外殼、瓷套以及相關導電片等，外部為不銹鋼護套，其結構如圖2所示。

圖2 電流表結構

1.2 泄漏電流表指針異常初步分析

(1)避雷器泄漏電流增大。當避雷器內部嚴重受潮、閥片嚴重損壞時，其內部流過的泄漏電流增大，導致泄漏電流表指示異常偏大甚至滿偏[8]。

(2)泄漏電流表機械卡澀。表計的機械結構問題，以及泄漏電流表密封不嚴內部進水受潮，造成儀表線圈等氧化銹蝕，在線泄漏電流表出現卡澀，導致指示不正常[9-10]。

(3)外瓷套表面污穢嚴重且瓷套下端的接地屏蔽環與避雷器綁扎不緊密造成屏蔽效果不良甚至失去屏蔽作用。當空氣濕度較大，外部泄漏電流很大時，部分將經引線流過在線泄漏電流表導致指示偏大[11]。

(4)外磁場影響。當測試點電磁場很強時，金屬回路產生感應電流，電壓和總電流的夾角也將發生改變，導致測量結果失真[12-13]。

(5)高電壓影響。通常情況下，避雷器泄漏電流表其下部引線接地，但由于設計或安裝等原因，部分泄漏電流表下引線存在高電壓，可能影響測量結果[14]。

經試驗分析排除避雷器故障、機械卡澀、接地屏蔽環綁扎不緊等異常原因，重點分析外部磁場及電壓對泄漏電流表測量結果的影響。

2 磁場對電流表的影響分析

為分析空間磁場環境對避雷器泄漏電流表指針偏轉的影響，技術人員在高壓試驗大廳內選定一組容量20 Mvar的電抗器，通以額定電流989.7 A，高壓端電壓20.2 kV，低壓端接地，模擬換流站現場強磁場環境，開展多項試驗分析強磁場對電流表的影響。

2.1 強磁場對表頭示數的影響

(1)將10 mA量程表頭進出線短接后，放置于強磁場環境中，試驗發現表頭指針無任何變化。

(2)表頭通以5 mA試驗電流，放置于強磁場環境中，試驗發現表頭指針保持在5 mA數值上，無明顯變化，如圖3所示。

圖3 表頭施加5 mA電流受磁場干擾試驗

通過上述試驗可知，強磁場對電流表表頭指針偏轉無影響。

2.2 強磁場對泄漏電流表影響的試驗研究

為進一步探討強磁場環境對泄漏電流表的影響，選取750 kV避雷器產品上用的同型號3 mA量程泄漏電流表進行試驗。

(1)將泄漏電流表外引線短接，放置于強磁場環境中，測試泄漏電流表閉合金屬回路在強磁場環境下是否出現環流，引起泄漏電流表指針異常滿偏。結果顯示泄漏電流表的指針示數為0，未受磁場影響。

(2)將泄漏電流表通以0.3 mA的交流電流，放置于強磁場環境中，測試在通流情況下，強磁場能否引起泄漏電流表指針滿偏。結果顯示泄漏電流表指針示數保持為0.3 mA未發生變化，表明電流表指示在小電流條件下不受強磁場影響，結果如圖4所示。

圖4 泄漏電流表預加0.3 mA電流磁場試驗

(3)為模擬換流站現場實際運行工況下，串抗周圍強磁場對避雷器泄漏電流表指針偏轉的影響，先后開展兩項試驗：

①將泄漏電流表和避雷器串接后并聯在20 Mvar電抗器兩端，電抗器低壓端接地，通電后觀察監測指針變化；

②將泄漏電流表和避雷器串聯接地后直接施加相同交流電壓，觀察泄漏電流表指針變化，試驗接線見圖5。

圖5 避雷器并聯電抗器時磁場對泄漏電流表的影響試驗

結果顯示避雷器和泄漏電流表同電抗器并聯時，施加280 V交流電壓，泄漏電流表示數為0.4 mA，避雷器和泄漏電流表單獨施壓時，泄漏電流表示數仍然為0.4 mA。對比分析可知：電抗器周圍強磁場對泄漏電流表指針偏轉無影響，電抗器和避雷器泄漏電流表并聯的電路連接，也不會影響泄漏電流表指針偏轉。

2.3 外部磁場條件下感應電流仿真研究

2.3.1 泄漏電流表所處位置的磁場計算

為分析限流電抗器周圍磁場分布，計算泄漏電流表處的磁場強度，利用Anasys軟件對避雷器系統進行建模，電抗器、避雷器及泄漏電流泄漏電流表的結構如圖6所示。

圖6 泄漏電流表位置

當限流電抗器產品通過3.5 kA電流時，泄漏電流表處的磁場強度如圖7所示。仿真結果表明：避雷器泄漏電流泄漏電流表區域內最大磁場強度為9 571.9 A/m(磁感應強度為12.03 mT)。

圖7 磁場分布情況

改變電抗器電流大小，得到泄漏電流表所在區域內的磁場分布情況，如表2所示。

表2 不同電抗器電流條件下泄漏電流表處的磁場強度

2.3.2 電流表組成回路感應電流計算

泄漏電流表表頭內部存在若干匝銅線圈(見圖8)，形成閉合回路后在電抗器周圍強磁場環境中產生感應電流。表頭內部電路如圖9所示。

圖8 泄漏電流表內部線圈結構

計算泄漏電流表頭線圈所在回路感應電動勢Ut：

1.2.1 飲食護理干預原則 對甲狀腺功能亢進合并糖尿病患者實施飲食護理的過程中，既要兼顧甲狀腺功能亢患者需攝入高熱量、高維生素、高營養食物的需求，同時還要考慮到糖尿病患者不可攝入過多能量而引起血糖升高的問題。

(1)

式中：H—外部交變磁場強度；

B—磁感應強度；

Φ—硫通量；

n—小線圈匝數；

S—小線圈的面積；

θ—小線圈界面與外部磁場的夾角；

μr—泄漏電流表內部金屬相對磁導率；

ω—交變磁場的角頻率。

圖9 泄漏電流表內部電路

通過調研獲取電流表頭內部電路參數，計算得到電抗器通過3.5 kA電流時，泄漏電流表所在區域最大磁場強度為9 571.9 A/m，泄漏電流表回路內的感應電壓幅值495.24 mV，感應電流0.38 mA。換流站電抗器實際通過電流為70 A，此時泄漏電流表所在區域最大磁場強度為191.4 A/m，感應電壓幅值為495.24 mV，感應電流為0.008 mA，數值非常小。

綜合磁場試驗及仿真結果可知：換流站避雷器電流泄漏電流表指針異常滿偏現象與串抗周圍的強磁場環境無關。

3 高電壓對電流表的影響分析

調查其他同型號避雷器安裝實例，發現未出現異常的泄漏電流，泄漏電流表其下引出線均接地，電位為零。然而本串抗工程的避雷器泄漏電流表，其下引出線同電抗器的低壓端相連。當電抗器通以70 A電流時，電抗器的低壓端電壓幅值約為432 kV，即泄漏電流表的下引出線電位為432 kV，泄漏電流表指針滿偏與其下引出線處高電壓有關，有必要針對高電壓對泄漏電流表示數的影響進行研究。

3.1 電流表處于電路中不同位置對比試驗

為深入分析泄漏電流表異常滿偏原因，開展高電壓對泄漏電流表示數影響的試驗研究。試品采用Y10W1-198型號瓷外套避雷器，其外形尺寸及內部結構與換流站避雷器基本相同。改變泄漏電流表安裝位置，觀察避雷器加壓后表頭指針變化情況。泄漏電流表安裝位置如圖10所示。

圖10 泄漏電流表試驗接線

3.1.1 泄漏電流表處于接地側試驗

試驗中，避雷器放置于絕緣板上，將泄漏電流表一端同避雷器的下端法蘭相連，另一端接地。在避雷器高端施加156 kV的持續交流電壓。結果發現，泄漏電流表電流值示數0.5 mA，符合標準≤1 mA要求。

3.1.2 泄漏電流表位于兩節避雷器中間

將兩節避雷器產品用圓形絕緣板隔開，泄漏電流表串接在避雷器中間(見圖11)，在避雷器高端施加156 kV電壓,泄漏電流表測得電流數值為0.8 mA。

圖11 泄漏電流表位于兩節避雷器中間

3.1.3 泄漏電流表處于避雷器高壓側

泄漏電流表下引線接于避雷器高壓端，施加電壓，測得電流數值為2.1 mA。對比三次試驗結果發現：同一試驗回路中，泄漏電流表安裝于避雷器不同位置，其測得電流值不同，且泄漏電流表下引線處電位越高，其電流示數越大。該避雷器泄漏電流表安裝使用過程中同電抗器低壓端相連，其電位高達432 kV，是現場泄漏電流表示數出現異常滿偏的主要原因。

3.2 金屬結構對泄漏電流表測量數據的影響

3.2.1 泄漏電流表導線對示數的影響

將泄漏電流表安裝在高壓端，給避雷器施加156 kV運行電壓。當高壓端導線為裸銅線時，泄漏電流表電流值2.1 mA。更換裸銅線為屏蔽線，高壓端導線更換為屏蔽線時，在持續運行電壓156 kV條件下泄漏電流表電流值2.1 mA，數值未發生變化。可知泄漏電流表的引出線材質及其是否屏蔽對測量結果無影響。

3.2.2 避雷器均壓環對泄漏電流表示數影響

為了進一步分析泄漏電流表示數異常的原因，進行拆卸避雷器均壓環對比試驗。分析電暈環對泄漏電流表測量結果的影響，結果如表3所示。

表3 均壓環影響試驗結果

分析試驗結果可知：安裝或拆除均壓環，泄漏電流表示數不同。泄漏電流表測得的電流數值包含兩部分，即流經避雷器本體的泄漏電流，以及與泄漏電流表相連的金屬輔件(避雷器端帽、電暈環)對地存在雜散電容，在交流電壓下產生雜散電流。安裝或拆除均壓環，改變了對地雜散電容，引起泄漏電流表電流示數變化。

綜上，換流站串抗避雷器泄漏電流表指針異常滿偏，主要原因是泄漏電流表下引線與線路串抗低壓端連接且無法接地，電抗器低壓端處存在的高電壓導致避雷器電流表指針異常偏轉。另外避雷器電暈環及法蘭盤對地雜散電流也是其異常滿偏的影響因素。

4 結 論

本文結合一起換流站串抗避雷器泄漏電流泄漏電流表指針異常滿偏問題進行分析，在實驗室開展多項試驗，分析磁場及高電壓對泄漏電流表測量結果的影響，得到如下結論：

(1)與避雷器、泄漏電流表并聯的電抗器，其電路結構及其產生的強磁場環境對泄漏電流表指針偏轉無影響；

(2)避雷器低壓側串接的泄漏電流表其下引線與線路電抗器低壓端連接，由此引入的高電壓，以及避雷器均壓環等金屬輔件對地雜散電流，共同作用引起泄漏電流表指針異常滿偏；

(3)該避雷器的泄漏電流表由于下引線處高電壓引起異常滿偏，實際無法起到監測避雷器健康狀態的作用，建議設計階段避免此類問題，運維階段利用紅外熱像檢測、日常巡檢等手段關注避雷器狀態。