王靜君，李文書，杜積貴

(1.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.南京供電公司，江蘇南京210013)

金屬氧化物避雷器（MOA），是電力系統(tǒng)中防止過電壓的主要設(shè)備[1]，目前現(xiàn)場對(duì)MOA進(jìn)行檢測的方法主要有直流參考電壓法（進(jìn)口設(shè)備一般采用交流參考電壓法）和交流泄漏電流法（包括全電流及阻性電流），檢測方式有停電試驗(yàn)、在線監(jiān)測和帶電測試。停電試驗(yàn)是精度最高的測試方式，但較大地影響了系統(tǒng)的運(yùn)行方式及供電可靠性，因此試驗(yàn)周期較長。在線監(jiān)測無需停電就可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測設(shè)備的狀態(tài)，但目前只是在放電計(jì)數(shù)器內(nèi)加裝了簡單的泄漏電流表，精度及靈敏度難以達(dá)到要求[2]。介于停電試驗(yàn)與在線監(jiān)測之間，帶電測試兼有前兩者的優(yōu)點(diǎn)，并克服了前兩者的缺點(diǎn)，在不停電方式下，即可檢測MOA的全電流、阻性電流，且檢測精度較高。因此對(duì)MOA進(jìn)行帶電測試是非常有必要的。

1 MOA帶電測試的原理

目前MOA帶電檢測方法的原理有：總泄漏電流法、阻性電流三次諧波法、補(bǔ)償法、基波法、諧波分析法。但現(xiàn)場運(yùn)用比較多、研究比較深入的是補(bǔ)償法和基波法。按照現(xiàn)場測量取電壓信號(hào)的不同方式，可以分為取電壓互感器（TV）二次信號(hào)和不取TV二次信號(hào)2種方法。取參考電壓信號(hào)基于的是補(bǔ)償法原理，不取參考電壓信號(hào)基于的是基波法原理[3，4]。

1.1 參考電壓信號(hào)法的測量原理

通過無線方式（有線方式）發(fā)送同步信號(hào)，電壓隔離器把TV的二次信號(hào)經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)無線信道（有線信道）傳輸至儀器。儀器經(jīng)過傅里葉變換，取出基波，然后用投影法計(jì)算出阻性電流基波峰值Ir1p=Ix1p×cos φ，因基波數(shù)值穩(wěn)定，故可采用φ和Ir1p均能直觀衡量MOA性能。

由于B相對(duì)A相、C相MOV的作用是對(duì)稱的，使A相、C相氧化鋅避雷器阻性電流的相位差大于實(shí)際值。假設(shè)Ia、Ic無干擾時(shí)相位相差120°，按相間干擾的對(duì)稱性，以B相φ為準(zhǔn)，A相φ減小的數(shù)值基本等于C相φ增加的數(shù)值，如圖1所示，由此可以計(jì)算相間干擾角度。

圖1 A相和C相受B相影響的相間干擾

如果測量時(shí)考慮相間干擾，可對(duì)A相、C相補(bǔ)償角度，把該補(bǔ)償角度“加”到φ中。該補(bǔ)償法實(shí)際是對(duì)A相、C相阻性電流進(jìn)行了平均，也有可能掩蓋問題。

1.2 不取參考電壓信號(hào)法的測量原理

在無法獲取電壓互感器二次側(cè)的信號(hào)或者其他某些特殊情況下，取參考電壓信號(hào)的MOA帶電測試儀就無法使用。在這種情況下，需要使用不取參考電壓信號(hào)的MOA帶電測試儀。按照對(duì)參考角度設(shè)定、計(jì)算的方式，可以分為3種：角度提前設(shè)定、電流法設(shè)定和依據(jù)統(tǒng)計(jì)原理審定角度。

（1）角度提前設(shè)定。無參考電壓時(shí)，先測量A，B，C三相的全電流 Ixa，Ixb，Ixc。 根據(jù) A，B，C 三相 MOA 基本是平衡的原理，先假設(shè)B相一個(gè)角度（例如80°），再測量出 φab，φcb，計(jì)算出 φa，φc，計(jì)算出 A，B，C 三相的阻性電流。如果計(jì)算的三相阻性電流不平衡，再調(diào)整假設(shè)的B相角度，最終計(jì)算出三相的阻性電流。

（2）依據(jù)統(tǒng)計(jì)原理設(shè)定角度。輸入B相電流和電壓的相位差值（默認(rèn)為83.5°，輸入到儀器中的B相參考相位差值如果是現(xiàn)場實(shí)測的統(tǒng)計(jì)值，測試結(jié)果更準(zhǔn)確），根據(jù)實(shí)測的B相電流相位推算得到B相的電壓相位，根據(jù)系統(tǒng)三相電壓差120°的規(guī)律，計(jì)算出A相和C相電壓的相位，從而計(jì)算出A相和C相的電流電壓相位差值，然后求取相應(yīng)的一系列參量。對(duì)同一母線場的MOA測量輸入的B相參考相位差值保持一致，那么測試結(jié)果的歷史趨勢對(duì)比可以很好地反應(yīng)MOA絕緣狀況的變化。數(shù)據(jù)結(jié)果的判斷方法是：如果A相、C相兩相數(shù)據(jù)均不正常，初步判斷B相存在問題（基準(zhǔn)錯(cuò)誤）；如果A相、C相某一相數(shù)據(jù)異常，那就是數(shù)據(jù)異常的某相存在問題。

（3）電流法設(shè)定。電流法只需要輸入一個(gè)電流信號(hào)即可，因此接線和測量十分簡單。儀器取入MOA電流信號(hào)后，對(duì)MOA電流信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，可以得出總泄漏電流Ix的一次基波峰值Ix1p。根據(jù)統(tǒng)計(jì)原理，人為的在Ic方向產(chǎn)生一個(gè)與Ic相反電流矢量Ic1p'。通過軟件處理改變Ic1p'的大小，在Ir方向上總可以得到一個(gè)最小值，這個(gè)最小值就是阻性電流的一次基波峰值，如圖2所示。此種方法從原理上，也是假定角度。

圖2 電流法原理示意圖

電流法設(shè)定的原理與示波器法比較類似，但是還沒有經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，目前在國內(nèi)還存有爭議，這種方法只是一種測量MOA的輔助方法。

2 不同原理的現(xiàn)場實(shí)測比較

為了更好地對(duì)各種不同原理的MOA帶電測試儀進(jìn)行比較，組織一些廠家的儀器分別在試驗(yàn)室停電環(huán)境下和變電站帶電環(huán)境下進(jìn)行測試。

2.1 角度提前設(shè)定的測試數(shù)據(jù)比較

儀器A是具有取電壓信號(hào)和不取電壓信號(hào)2種測量模式，儀器A在試驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)MOA進(jìn)行的測試數(shù)據(jù)，如表1所示，其參考值Ix'=0.778 mA，Ix1p'=0.2 mA。

表1中，儀器A不取電壓信號(hào)時(shí)，采用的是角度提 前 設(shè) 定 的 方 法 ，ΔIx/Ix'=（Ix-Ix'）/Ix'×100% ，ΔIx1p/Ix1p'=（Ix1p-Ix1p'）/Ix1p'×100%。 根據(jù)表 1 的數(shù)據(jù)，對(duì)于同一臺(tái)儀器A，在取電壓信號(hào)的模式下，全電流值Ix、阻性電流值Ix1p與參考值很接近，誤差很小。在不取電壓信號(hào)的模式下，全電流值與參考值的誤差比較小，但是阻性電流值與參考值的誤差較大，相對(duì)誤差達(dá)51.5%。這表明，對(duì)于同一種儀器，在同樣的測試條件下，采用取電壓信號(hào)的模式，全電流值、阻性電流值這兩個(gè)測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度都比較高；若采用不取電壓信號(hào)的模式，全電流值的準(zhǔn)確度也較高，但阻性電流值與參考值相比要偏小，準(zhǔn)確度較差。

表1 儀器A在試驗(yàn)環(huán)境下的測試數(shù)據(jù)

另外，從儀器A的2種模式下的數(shù)據(jù)對(duì)比來看，在不取電壓信號(hào)的模式下測得的阻性電流值會(huì)比取電壓信號(hào)下測得的數(shù)據(jù)偏大一些，而阻性電流值Ix1p會(huì)偏小。這說明，在無法取得電壓信號(hào)或不取電壓信號(hào)情況下，若采用角度提前設(shè)定的方法對(duì)MOA進(jìn)行帶電檢測，所預(yù)設(shè)的角度與實(shí)際情況不太相符，由此所測得的全電流值Ix與實(shí)際值相比要偏大，而阻性電流值Ix1p要偏小，且阻性電流值Ix1p的誤差很大，無法反映MOA的實(shí)際情況。對(duì)于采用預(yù)設(shè)角度的不取電壓信號(hào)的測量方法，還需要進(jìn)一步的改進(jìn)完善。

為了更好地比較不同測試模式下測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選取儀器B、儀器C在試驗(yàn)變電站現(xiàn)場對(duì)MOA進(jìn)行帶電測試。儀器B、儀器C在2種不同模式下的測試數(shù)據(jù)如表2所示，其參考值Ix'=0.568 mA，Ix1p'=0.088 mA。

表2 2臺(tái)儀器在不同模式下的現(xiàn)場帶電測試數(shù)據(jù)

表2中，儀器B、儀器C在不取電壓信號(hào)測試時(shí)，采用的是角度提前設(shè)定的方法。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，儀器B、儀器C在取電壓信號(hào)模式下測得的全電流值Ix和阻性電流值Ix1p基本一致。一般來說，在取電壓信號(hào)模式下測得的數(shù)據(jù)與實(shí)際值是比較接近的，且這2個(gè)儀器測得的數(shù)據(jù)也基本一致，可以認(rèn)為試驗(yàn)變電站現(xiàn)場MOA帶電測試的參考值就是這2臺(tái)儀器在取電壓信號(hào)下測得的數(shù)據(jù)。從儀器B、儀器C這2種模式下的數(shù)據(jù)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，在不取電壓信號(hào)模式下，全電流值Ix偏大，阻性電流值Ix1p偏小。

結(jié)合表1、表2的測試數(shù)據(jù)及分析，可以得出一個(gè)初步的結(jié)論：在不取電壓信號(hào)模式下，若采用角度提前設(shè)定的方法，所測得的全電流值Ix比實(shí)際會(huì)略微偏大，阻性電流值Ix1p會(huì)偏小，而且在有些情況下，Ix1p與參考值的誤差還很大。

2.2 依據(jù)統(tǒng)計(jì)原理設(shè)定角度的測試數(shù)據(jù)比較

有些廠家在設(shè)計(jì)不取電壓信號(hào)模式的測量時(shí)，采用的是依據(jù)統(tǒng)計(jì)原理設(shè)定角度的方法。2臺(tái)儀器采用此統(tǒng)計(jì)原理設(shè)定角度的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表3所示，其參考值Ix'=0.568 mA，Ix1p'=0.042 mA。

表3 2臺(tái)儀器在不同模式下的現(xiàn)場帶電測試數(shù)據(jù)

表3中，儀器D、儀器E測得的阻性電流值是有效值，非峰值。若以2臺(tái)儀器在取電壓信號(hào)下的測試值為參考值（一般情況下，取電壓信號(hào)的測試值較為準(zhǔn)確），從表3的測試數(shù)據(jù)可以知道，在不取電壓信號(hào)下，依據(jù)統(tǒng)計(jì)原理設(shè)定角度測得的全電流值Ix與取電壓信號(hào)下測得的全電流值Ix一致，阻性電流值（有效值Ir）要偏大一些。

2.3 總結(jié)分析

在對(duì)MOA進(jìn)行帶電測試時(shí)，采用取電壓信號(hào)的模式，全電流值Ix、阻性電流值Ix1p的測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度比較高。在不取電壓信號(hào)的模式下，若采用角度提前設(shè)定的方法，全電流值Ix的測試數(shù)據(jù)會(huì)比實(shí)際值偏大，阻性電流值Ix1p偏小；若采用按照統(tǒng)計(jì)原理設(shè)定角度的方法，全電流值Ix的值與實(shí)際值基本一致，阻性電流值（有效值Ir）比實(shí)際值偏大一些。

因此，在對(duì)不取電壓信號(hào)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，必須按照不同的原理，進(jìn)行相應(yīng)測試數(shù)據(jù)誤差的修正，以提高測試的準(zhǔn)確性。具體的誤差修正方法還需要根據(jù)不同的儀器進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究。

3 結(jié)束語

通過此次對(duì)不取電壓信號(hào)模式下MOA帶電測試儀的現(xiàn)場試驗(yàn)，研究分析了不同模式下測試數(shù)據(jù)的誤差，與取電壓信號(hào)的模式相比，還存在較大的不足，需要今后進(jìn)一步的改進(jìn)完善。雖然不取電壓信號(hào)還存在一些問題，但是對(duì)于一些無法取電壓信號(hào)的場合，可以進(jìn)行定性試驗(yàn)，這對(duì)檢修人員掌握MOA的運(yùn)行情況還是很有幫助的，且是今后的一個(gè)發(fā)展方向。

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[3]李 雪，包玉樹，朱 琦.新型氧化鋅避雷器帶電測試儀校驗(yàn)方法探討[J].江蘇電機(jī)工程，2009，28（6）：63-65.

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