蔣慶云，廉國(guó)海

(1福建省電力有限公司檢修分公司，福建 福州 350013;2湖南省電力公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

氧化鋅避雷器是具有良好保護(hù)性能的避雷器，其結(jié)構(gòu)為將若干片氧化鋅閥片壓緊密封在避雷器瓷套內(nèi)。氧化鋅閥片具有非常優(yōu)異的非線性特性，在正常工作電壓時(shí)流過(guò)避雷器的電流極小 (微安或毫安級(jí));當(dāng)過(guò)電壓作用時(shí)，電阻急劇下降，泄放過(guò)電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的效果〔1〕。利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開(kāi)斷的作用。

U1mA為無(wú)間隙氧化鋅避雷器通過(guò)1 mA直流電流時(shí)，避雷器兩端的電壓值，而0.75U1mA電壓下的泄漏電流為避雷器兩端施加75%的U1mA電壓時(shí)流過(guò)避雷器的直流電流，U1mA和0.75U1mA電壓下的泄漏電流是判斷無(wú)間隙氧化鋅避雷器質(zhì)量狀況的2個(gè)重要參數(shù)。運(yùn)行一定時(shí)期后，U1mA和0.75U1mA電壓下泄漏電流的變化能直接反映避雷器的老化、劣化程度。用此方法很容易判斷它們的質(zhì)量缺陷。避雷器直流1 mA電壓的泄漏電流數(shù)值不應(yīng)低于GB11032中的規(guī)定數(shù)值，且U1mA實(shí)測(cè)值與初始值或制造廠規(guī)定值之間誤差不應(yīng)超過(guò)±5%，0.75%U1mA電壓下的泄漏電流不得大于50 μA，且應(yīng)與初始值相近〔2－3〕。但若試驗(yàn)數(shù)據(jù)雖未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，而與初始數(shù)據(jù)有比較明顯變化時(shí)應(yīng)加強(qiáng)分析和監(jiān)視，如適當(dāng)增加帶電測(cè)試的次數(shù)等。由于氧化鋅避雷器的泄漏電流受溫度、濕度、污穢等影響較大〔4－5〕，在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡可能地使避雷器瓷套表面干凈，或采用屏蔽測(cè)試。

1 試驗(yàn)情況

2011年6月9日，在對(duì)某氧化鋅避雷器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其泄漏電流超標(biāo) (該避雷器投運(yùn)時(shí)間為2007年11月)。由于線路在檢修狀態(tài)，線路側(cè)接地刀閘合閘，避雷器上節(jié)首端接地。對(duì)避雷器上節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，如果采用正向加壓法，即在避雷器上節(jié)首端加壓，則需拆除避雷器上端導(dǎo)線，因此，選用反向加壓法，即斷開(kāi)避雷器下節(jié)接地，在避雷器上節(jié)末端施加直流試驗(yàn)電壓，避雷器上節(jié)首端通過(guò)線路地刀接地，試驗(yàn)原理如圖1所示。下節(jié)試驗(yàn)時(shí)，則選用正向加壓法，即在避雷器下節(jié)首端加壓，下節(jié)末端串微安表并接地。此時(shí)，接在避雷器下節(jié)末端的微安表電流就是通過(guò)下節(jié)的泄漏電流，接在直流高壓發(fā)生器上的微安表泄漏電流為通過(guò)上節(jié)和下節(jié)總和，試驗(yàn)原理如圖2所示。

圖1 避雷器上節(jié)反向加壓法試驗(yàn)原理

圖2 避雷器下節(jié)正向加壓法試驗(yàn)原理

該避雷器直流1 mA參考電壓試驗(yàn)，其直流參考電壓和泄漏電流如表1所示。根據(jù)電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，氧化鋅避雷器1 mA直流參考電壓U1mA及0.75U1mA下的泄漏電流不應(yīng)大于50 μA，顯然該避雷器三相的上節(jié)均不符合試驗(yàn)規(guī)程要求。

表1 避雷器的直流參考電壓和泄漏電流

2 試驗(yàn)的改進(jìn)

由于避雷器的0.75U1mA直流電壓下的泄漏電流超出規(guī)程要求的50 μA，因此對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)。鑒于避雷器下節(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，而上節(jié)數(shù)據(jù)超標(biāo)的情況，只針對(duì)避雷器上節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)改進(jìn)和分析。

1)拆除均壓環(huán)試驗(yàn)

由于避雷器均壓環(huán)安裝的位置比較低，其距避雷器上節(jié)頂部約1/4處，均壓環(huán)對(duì)加壓線產(chǎn)生雜散電容，測(cè)量過(guò)程中，部分泄漏電流直接對(duì)均壓環(huán)放電，相當(dāng)于對(duì)地直接放電，產(chǎn)生的雜散電流與泄漏電流被一起測(cè)量，導(dǎo)致結(jié)果偏大，如圖3所示。為防止試驗(yàn)加壓線對(duì)均壓環(huán)放電，因此第1種改進(jìn)措施為拆除均壓環(huán)，其他環(huán)節(jié)與正常試驗(yàn)情況相同，使用反向加壓。

圖3 帶均壓環(huán)時(shí)避雷器的泄漏電流分析

圖4為拆除均壓環(huán)后避雷器的泄漏電流分析，結(jié)果表明:A，B，C相泄漏電流分別為52 μA，50 μA，54 μA，改進(jìn)后A，B，C相泄漏電流數(shù)值雖分別下降了3 μA，1 μA，2 μA，但仍不符合標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明加壓線與均壓環(huán)間的雜散電容量不大時(shí)，試驗(yàn)改進(jìn)效果不大。

圖4 拆除均壓環(huán)后避雷器的泄漏電流分析

2)拆除均壓環(huán)并將引線頂起進(jìn)行試驗(yàn)

由于避雷器上端導(dǎo)線長(zhǎng)且略有下垂，引線與加壓線距離近，易產(chǎn)生雜散電容，原理分析如圖5所示，試驗(yàn)過(guò)程中雜散電容產(chǎn)生的雜散電流有可能與泄漏電流被一起測(cè)量，導(dǎo)致結(jié)果偏大，故將引線頂起，以減少電容量。因此第2種改進(jìn)措施為增大加壓線與引線的距離，將均壓環(huán)拆除，再用絕緣桿將避雷器上節(jié)引線盡量往上頂，如圖6所示，其他環(huán)節(jié)與前相同，仍使用反向加壓試驗(yàn)法。

圖5 引線雜散電容影響分析

圖6 消除引線雜散電容影響將引線上頂

其試驗(yàn)結(jié)果為:避雷器A，B，C相泄漏電流分別為 51 μA，50 μA，52 μA，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，改進(jìn)試驗(yàn)方法后泄漏電流數(shù)值較改進(jìn)試驗(yàn)前雖然略有下降，但仍然超標(biāo)，說(shuō)明加壓線與引線間的雜散電容量不是太大。

3)拆除均壓環(huán)，拆除引線

根據(jù)前面的試驗(yàn)改進(jìn)判斷，有可能是加壓線高電位在上節(jié)末端，對(duì)地電容比較大，所以將加壓線加在上節(jié)首端，從而減少高電位線對(duì)地的電容。將加壓線移到上節(jié)首端，必將引起上節(jié)首端引線電容加大，故拆除上節(jié)首端引線。對(duì)上節(jié)的電容量應(yīng)基本不變，并盡可能將加壓線與避雷器保持90°，以增大與上節(jié)的距離，減少電容量，試驗(yàn)原理具體如圖7所示。故第3種改進(jìn)措施為拆除避雷器均壓環(huán)及避雷器引線，并改用正向加壓法試驗(yàn)。

圖7 拆除均壓環(huán)及引線后的試驗(yàn)改進(jìn)

改進(jìn)試驗(yàn)后，避雷器上節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果為:避雷器A，B，C相泄漏電流分別為43 μA，39 μA，42 μA，A，B，C相的上節(jié)泄漏電流均小于標(biāo)準(zhǔn)50 μA，試驗(yàn)合格，說(shuō)明高電位線對(duì)其余部分的雜散電容影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)超標(biāo)的原因分析

測(cè)量避雷器上節(jié)時(shí)用反向加壓法，通過(guò)調(diào)節(jié)直流高壓試驗(yàn)器調(diào)壓旋鈕，使得連接在倍壓筒上的微安表數(shù)值上升到1 mA，但是由于各種反向加壓測(cè)量方法，都會(huì)使得微安表1 mA時(shí)實(shí)際上是上節(jié)泄漏電流加上各種雜散電流的總和，此時(shí)實(shí)際的泄漏電流并沒(méi)有到達(dá)1 mA。在75%U1mA時(shí)微安表上顯示的A，B，C相上節(jié)泄露電流分別為55 μA，51 μA，56 μA，并非實(shí)際泄漏電流，其中包含各種雜散電流，實(shí)際的泄露電流應(yīng)該會(huì)更低。高電位加壓線加在上節(jié)末端，使得加壓線對(duì)地以及對(duì)避雷器其他部分的雜散電流大。

而測(cè)量避雷器下節(jié)時(shí)采用的是正向加壓法，加在倍壓筒上的微安表顯示的數(shù)值也會(huì)包含很多的雜散電流，但是測(cè)量下節(jié)的泄露電流讀取的是連接下節(jié)末端的微安表，微安表的另一端接地，是低電位線。此線離均壓環(huán)及引線較遠(yuǎn)，不考慮雜散電容;而對(duì)下節(jié)及對(duì)地有雜散電容，但因?yàn)槭堑碗娢痪€，產(chǎn)生的雜散電容小，微安表顯示的電流只略微高于實(shí)際泄漏電流，故測(cè)量結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)。因此，經(jīng)分析初步判定避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)應(yīng)為試驗(yàn)接線影響所致，為排除避雷器內(nèi)部缺陷的可能。

4 帶電測(cè)試數(shù)據(jù)分析

氧化鋅避雷器的泄漏電流可以分為阻性部分和容性部分〔6〕，圖8所示為氧化鋅避雷器的等效電路，其中IX為總泄漏電流，Ir為阻性電流，IC為容性電流，圖9所示為氧化鋅避雷器的阻性電流、容性電流與電壓相位關(guān)系圖。

圖8 MOA等效電路

圖9 MOA電壓、電流矢量圖

按規(guī)程規(guī)定220 kV及以下避雷器阻性電流不宜超過(guò)200 μA，若超過(guò)200 μA，則應(yīng)加強(qiáng)帶電測(cè)試，必要時(shí)每周進(jìn)行1次，超過(guò)250 μA時(shí)應(yīng)停電試驗(yàn)〔3〕。避雷器阻性電流測(cè)量有帶電測(cè)試和在線監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)測(cè)量2種，由于帶電測(cè)試和在線監(jiān)測(cè)的原理不同，因此只能做縱向比較，查該避雷器阻性電流帶電測(cè)試情況，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。從帶電測(cè)試的數(shù)據(jù)看，避雷器全電流、阻性電流雖因溫度、濕度、負(fù)荷影響不同有小的變化，但其阻性電流數(shù)值基本穩(wěn)定。

表2 避雷器的阻性電流帶電測(cè)試情況

5 結(jié)論

1)對(duì)220 kV氧化鋅避雷器的上節(jié)進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)，當(dāng)采用反向加壓法時(shí)，通過(guò)避雷器高壓側(cè)微安表讀取的避雷器泄漏電流，此時(shí)微安表電流包含對(duì)地雜散電流以及對(duì)避雷器雜散電流。如采用正向加壓法試驗(yàn)，并通過(guò)避雷器低壓側(cè)微安表讀取避雷器泄漏電流則可排除雜散電流干擾。

2)根據(jù)避雷器的試驗(yàn)改進(jìn)及理論分析，造成避雷器上節(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)的原因?yàn)樵囼?yàn)接線方法所致雜散電流干擾。為排除避雷器試驗(yàn)過(guò)程中的雜散電流干擾，在對(duì)220 kV避雷器上節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，如泄漏電流超標(biāo)或明顯偏大可采取正向加壓法進(jìn)行試驗(yàn)改進(jìn)，試驗(yàn)前應(yīng)拆除避雷器均壓環(huán)及避雷器上端引線，泄漏電流需從避雷器低壓側(cè)微安表讀取。

〔1〕陳維賢.電網(wǎng)過(guò)電壓教程〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，1996.

〔2〕GB 11032—2010交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器〔S〕，2010.

〔3〕DL/T 596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程〔S〕，1996.

〔4〕陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)〔M〕.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

〔5〕夏燕莉，江健武，鐘建靈.500 kV避雷器缺陷的試驗(yàn)分析及思考〔J〕.高電壓技術(shù)，2007，33(4):186-188.

〔6〕鄭健，張國(guó)慶，等.氧化鋅避雷器泄漏電流在線監(jiān)測(cè)技術(shù)綜述〔J〕.繼電器，2001，28(9):7-9.