氧化鋅避雷器帶電檢測無線同步電流測量技術(shù)的研究與應(yīng)用

王敏 趙勝男 白華穎 董泉

摘要：本文介紹基于無線同步電流測量技術(shù)的氧化鋅避雷器帶電檢測方法，可解決高電壓等級變電站，因避雷器相間距離大，不易實現(xiàn)同時進行三相測量的難題，且在變電站現(xiàn)場進行電流測試實現(xiàn)無線化、高精度的CT采樣，可滿足現(xiàn)場設(shè)備的不同工況，提高工作效率，降低安全風(fēng)險。通過該技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用實例，驗證其能夠替代原有的避雷器帶電檢測。

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器;帶電檢測;無線同步

1 概述

氧化鋅避雷器（簡稱“MOA”）是變電站內(nèi)保護變壓器、母線的重要設(shè)備，具有非常好的非線性伏安特性。當MOA結(jié)構(gòu)不良，密封不嚴而使避雷器內(nèi)部構(gòu)件和閥片受潮時，會導(dǎo)致運行中避雷器泄漏電流Ix增加，其中阻性電流Ir增加更為迅速，從而導(dǎo)致氧化鋅閥片溫度上升而發(fā)生熱崩潰;當氧化鋅閥片長期直接承受工頻電壓作用而產(chǎn)生劣化時，也會引起避雷器伏安特性的變化和泄漏電流的增加。以上情況如果不及時處理，嚴重時會引起避雷器爆炸。

為避免上述事故的發(fā)生，需要檢測MOA的泄漏電流，以便能實時有效地了解其運行狀況，為避雷器的安全運行提供保障。氧化鋅避雷器泄漏電流帶電檢測能夠在避雷器運行工況下獲取其全電流和阻性電流等泄漏電流信息，從而分析設(shè)備狀態(tài)。目前常見的測試信號傳輸形式大多為電流有線傳輸，對于避雷器相間距離大的間隔不易實現(xiàn)三相測量。且常見的直接并接泄漏電流表采集電流信息的測試方式，無法滿足接地引下線帶低阻型泄露電流表或無泄漏電流表的避雷器，適用范圍有限。

本文介紹的基于無線同步電流測量技術(shù)的氧化鋅避雷器帶電檢測方法即是通過在電壓、電流信號在無線傳輸情況下的同步，通過鉗形電流表采樣，獲得被試避雷器的絕緣參數(shù)，從而提高現(xiàn)場測試的效率。

2 無線電流采集模塊技術(shù)原理

本文所述的無線同步電流測量技術(shù)的核心組成部分是無線同步電流采集模塊，該模塊主要包含泄露電流傳感器、AD芯片、電源模塊、無線模塊等模塊，其內(nèi)部組成框圖如下：

泄露電流傳感器：輸入范圍AC 0.1～20mA，滿足各種電壓等級變電站的使用要求。

AD芯片：采用Ti生產(chǎn)ADS8353，多路輸入，速度700Ksps、16位、同步采樣ADC。

電源模塊：包含多個可獨立編程的基準電壓源，可用于系統(tǒng)級的增益校準。并且配有一個可在寬電源供電范圍內(nèi)運行的靈活串行接口，從而輕松實現(xiàn)與多種主機控制器的通信。

無線模塊：包含無線同步模塊、無線通訊模塊，兩種模塊不受波特率、通訊距離影響，使測量分機和儀器主機的通訊速度達到無線電波傳輸速度（光速）。無線通訊模塊工作頻段，不會影響無線同步模塊，兩個無線模塊都有64位FEC前向糾錯能力，不會產(chǎn)生模塊間互相干擾的現(xiàn)象。

采用無線同步電流采集模塊，能進行高精度電流采樣，能夠準確獲取避雷器運行中的持續(xù)電流。該方法適用于接地引下線帶高阻型泄露電流表、低阻型泄露電流表或在線監(jiān)測裝置等多種情況下的避雷器，解決現(xiàn)有儀器大多只適用于接地引下線帶高阻型泄露電流表的避雷器的問題。

3 MOA帶電檢測無線同步電流測量裝置

MOA帶電檢測無線同步電流測量裝置包含3個（A/B/C）單相電流同步采集模塊，1個參考電壓采集模塊以及1臺測試主機，其接線圖如下圖2所示。

該裝置采用如下的工作方式：主機將同步信號發(fā)送給3個電流采集模塊，啟動電流采集模塊A/D同步采樣，每個交流信號周波采集256個點，達到12.8k采樣速率，每秒將采集的電壓、電流數(shù)據(jù)匯總到主機進行FFT計算，最終得到全電流、阻性電流、角度等試驗結(jié)果。

為測試無法通過直接并接泄漏電流表采集電流信息的接地引下線帶低阻型泄露電流表或無泄漏電流表的避雷器，本裝置采用鉗形電流傳感器法，進行高精度電流采樣。鉗形電流傳感器由電流互感器和電流表組合而成，將被測電流所通過的導(dǎo)線卡入電流互感器的一次線圈，利用電流互感器的電磁感應(yīng)作用，在二次線圈中感應(yīng)出電流。另外，通過鉗形電流傳感器所獲取的電流信號可無線傳輸?shù)綔y試裝置主機進行計算，最終得到全電流、阻性電流、角度等試驗結(jié)果。

4 MOA帶電檢測無線同步電流測量技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場應(yīng)用帶無線同步電流測量技術(shù)的MOA帶電檢測儀器，測試方便有效，并檢測出MOA以下缺陷。

（1）底座絕緣損壞

2021年09月30日，利用該設(shè)備對某變電站110kV母線避雷器進行帶電測試，發(fā)現(xiàn)B相固定底座的螺絲脫落，將底座與地短接，致使B相底座絕緣為0，出現(xiàn)計數(shù)器電流表指針不起的現(xiàn)象。測試數(shù)據(jù)見表1。

通過分析可知：B相阻性電流變化率為（140-77）/77=81.8%，橫向比較B相所測數(shù)據(jù)，77/121=64%，77/148=52%，約為A、C相的一半，縱向比較A、C相數(shù)據(jù)與夏季測量結(jié)果無明顯變化（注：夏季溫度高，測量結(jié)果一般比冬季大）。

（2）ZnO閥片擊穿

2021年11月13日，對某變電站主變10kV側(cè)避雷器進行帶電測試時，發(fā)現(xiàn)C相避雷器阻性電流與上次試驗數(shù)值相比增大118%，有顯著的變化。經(jīng)分析，C相避雷器由于運行時間長達23年，氧化鋅閥片老化嚴重。

5 結(jié)束語

電氣設(shè)備故障發(fā)生的主要原因之一是由于現(xiàn)有的試驗項目和方法往往難以保證在這一個周期內(nèi)不發(fā)生故障。MOA在實際應(yīng)用過程中容易受到閥片老化、絕緣部件損壞以及受潮污染等影響而導(dǎo)致性能不足，這就需要對其進行帶電檢測。目前針對MOA的檢測方法眾多，這些方法在應(yīng)用上各有優(yōu)劣，這就需要在檢測時根據(jù)實際情況綜合選擇。本文所介紹的監(jiān)測方法可以解決氧化鋅避雷器帶電檢測中，電流線接線距離受限而導(dǎo)致的接線操作較復(fù)雜的問題，從而有效降提高試驗的安全性，降低試驗人員工作強度。此外，該方法還針對無法通過直接并接泄漏電流表采集電流信息的避雷器，采用了鉗形電流傳感器法，使適用范圍更廣，便于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部故障，具有顯著的效益。

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