基于正反接線原理的避雷器真泄漏電流量測方法

李 飛，耿 寧，劉 林，岳增偉，韓雪姣，趙 雷

（1.國網山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255000；2.汕頭大學，廣東 汕頭 515000）

0 引言

氧化鋅避雷器是電網運行中應用普遍的過電壓保護裝置，它為系統因雷擊、諧波和操作等因素產生的各種過電壓提供泄流通道，是電力設備的過電壓“保護神”［1-12］。避雷器運行環境惡劣，覆蓋從高原到平原、從寒帶到熱帶、從干旱到潮濕等所有的運行條件，近幾年，特別是在風電、太陽能發電并網能量密集的地方，能量的忽高忽低造成電網波動嚴重，避雷器的正常運行具有更現實的意義。

對于避雷器而言，監測其運行狀態的方法包括紅外測溫、阻性電流監測和停電試驗，然而，紅外測溫發現的多數異常避雷器在停電后試驗、解體未見明顯異常，阻性電流監測由于相位角度測量不準，造成誤差較大，監測效果整體不理想，具有最佳檢測效果的是停電試驗中的避雷器泄漏電流測試，泄漏電流異常的避雷器經過解體驗證后均存在受潮等缺陷［13-15］。限于在運避雷器的工作條件，在變電站停電后，避雷器無法單獨拆卸試驗，其他電力設備不僅嚴重干擾了所施加的1 mA 電流值，而且影響了泄漏電流測試值的準確性，無法真實反映避雷器的真實絕緣狀態，因此，如何測試獲取避雷器真泄漏電流數值具有現實意義。

分析停電現場避雷器泄漏電流檢測存在的固有問題，參考正反接線對介質損耗測試的影響定義了“真泄漏電流”概念，提出基于正反接線原理改變電流表檢測位置以獲取真泄漏電流，最終通過試驗驗證了所提方法的有效性。

1 泄漏電流測量問題

根據《國家電網公司變電檢測通用管理規定》和Q/GDW 1168—2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，110～750 kV 避雷器每隔3 年必須開展一次直流1 mA 電壓（U1mA）及在0.75U1mA下泄漏電流測量工作，在有限的變電站空間中，保證安全絕緣距離的前提下，避雷器、GIS、變壓器、互感器等設備緊湊、集中安裝在一起，這種設備布置方式容易產生設備間耦合電容，給停電試驗工作帶來了諸多不便。特別是避雷器0.75U1mA下泄漏電流的測量工作，由于拆頭懸空引線、兩側的避雷器或者架構、互感器、隔離開關、變壓器等設備耦合因素影響較大，現行的試驗方法為避雷器施加直流1 mA 電壓（U1mA）、0.75U1mA下的泄漏電流均是不準確的，具有很大誤差，試驗人員不能準確判斷避雷器絕緣裂化程度。

2 真泄漏電流

變壓器、互感器等設備必須定期開展介質損耗測試工作，多年以來，介質損耗測試的方法主要包括正接線和反接線兩種，如圖1所示。正接線時被試品懸空，既有HV 加壓線，又有CX 電流取樣線，反接線時被試品一端接地，僅在高壓端施加HV 加壓線。正接線測試數據準確，受干擾的影響小，更沒有負介損值的出現，反接線測試數據不準確，經常受到現場其他設備干擾，更有甚者出現負介損值。

圖1 介質損耗測試接線方法

介質損耗測試不同接線的測試機理如圖2所示，在相同的測試環境下，數據的準確度受到電流矢量信號的采集位置影響，正接線時CX 電流線只采集流過被試品的電流矢量信號，反接線時采集流過被試品以及周邊設備的電流矢量和。

圖2 介質損耗測試不同接線的測試機理

基于上述分析，提出“真泄漏電流”概念。所謂真泄漏電流，就是僅僅流過被試避雷器的電流值，不包括流經周邊設備耦合因素的電流值，真泄漏電流值可以準確反映避雷器絕緣的優劣。

3 避雷器泄漏電流測試機理

由于避雷器的非線性特性，可以把避雷器等效為一個非線性電阻和電容并聯電路，考慮到泄漏電流測試所施加電壓為直流電壓，此時，單支避雷器的等值電路如圖3 所示，電路表達式遵從歐姆定律

圖3 單支避雷器的等值電路

周圍設備耦合因素影響下的電路模型如圖4 所示，此時，直流高壓發生器電流表頭處的總測試電流表達式為

圖4 周圍設備耦合因素影響下的電路模型

由式（2）和圖4 可以分析出，直流高壓發生器電流表頭處顯示的U1mA、0.75U1mA下泄漏電流均不準確，即在試驗過程中，實際的被試品U1mA下泄漏電流偏小、0.75U1mA下泄漏電流值偏大，兩個數值的不準確可能會導致誤判避雷器絕緣狀況的發生。

4 避雷器真泄漏電流測試機理

截至目前，避雷器的非線性特性是無法被改變的，避雷器在變電站內的運行環境、停電試驗環境也是無法改善的，因此，為了解決泄漏電流測試不準的問題，需要探索真泄漏電流測試機理。

基于介質損耗正反接線兩種測試機理，提出基于正反接線兩種機理測試避雷器真泄漏電流的方法。鑒于電流表的測量位置不同，正接線測試方法如圖5和圖6 所示。在測試現場，圖5 中斷開避雷器與放電計數器之間的連接線，將連接線與直流高壓發生器的下部連接點保持穩固連接；圖6中斷開避雷器與放電計數器之間的連接線，連接線經電流表與直流高壓發生器的下部連接點保持穩固連接；此時，上部電流表顯示的數值為被試品的真泄漏電流和表面泄漏電流之和，下部電流表顯示數值為被試品的真泄漏電流，在天氣較好的情況下，兩種方法誤差很小，可以忽略。

圖5 避雷器真泄漏電流之正接線測試方法Ⅰ

圖6 避雷器真泄漏電流之正接線測試方法Ⅱ

反接線測試方法如圖7 和圖8 所示，分為非介入式電流獲取方法和介入式電流獲取方法兩種。從現場測試便捷性角度分析，圖7 所示較為可行，在測試現場，無須打開避雷器與放電計數器之間的連接線，直接將鉗式電流傳感器卡在避雷器與放電計數器之間的連接線處，讀取鉗型電流傳感器顯示屏處數值即可獲取被試品的泄漏電流值，此時，顯示屏顯示的是被試避雷器真泄漏電流和表面泄漏電流之和，同理，在天氣較好的情況下，可以忽略誤差。

從準確度角度分析，圖8 方式更佳，打開避雷器與放電計數器之間的連接線，將電流表串接于回路內部，讀取電流表顯示屏處數值即可獲取被試品的真泄漏電流值。綜合考慮安全性和準確性，圖7所示的測量方法更為可取。

圖7 避雷器真泄漏電流之反接線測試方法Ⅰ

圖8 避雷器真泄漏電流之反接線測試方法Ⅱ

5 試驗驗證

為了驗證真泄漏電流測試方法的可行性，開展實驗大廳和現場試驗驗證工作，其過程分別如圖8和圖9所示。

圖9 實驗大廳檢測

在反接線方式下，為了驗證本方法的可行性，使用某一紅外檢測異常的避雷器作為被試品，在直流高壓發生器上部另外增加一塊電流表，與下部的電流表形成比對。兩塊表的數值相差很小，但是上部表的數值仍然大于下部表，這說明即使在實驗大廳，干擾依舊存在，只是很微弱。

在反接線方式下，為了驗證本方法的可行性，選取某110 kV 變壓器中性點處避雷器作為被試品，在直流高壓發生器上部另外增加一塊電流表，與下部的電流表形成比對。上部電流表顯示1 mA 時，下部萬用表顯示0.937 mA；75%U1mA時，上部表頭顯示0.018 mA 時，下部萬用表顯示0.012 mA，兩種情況下二者數值差距較大，考慮到中性點處設備耦合因素干擾嚴重，最終判定0.012 mA是真泄漏電流。

圖10 現場檢測

6 結語

為了獲取停電試驗下避雷器的真泄漏電流值，在現有方法的基礎上提出基于正反接線原理的避雷器真泄漏電流量測方法。

變電站調試現場設備很多，被試避雷器與其他設備之間存在相互間耦合，削弱了被試避雷器的試驗效果。給出一種解決方法，通過改變被試避雷器測試線的連接方法和電流表的測量位置，準確高效的獲取避雷器的真泄漏電流，為避雷器泄漏電流現場測試提供了一種新思路，具有現實推廣意義。