陳悅+陳晨+王麗群

摘 要：氧化鋅避雷器作為限制過電壓的主要設(shè)備在電網(wǎng)中廣泛使用，檢修試驗人員需要對其運行狀態(tài)做出準確判斷，帶電檢測是掌握避雷器運行狀況的重要手段，能夠在不停電的情況下有效查找設(shè)備缺陷。利用研究成果，能夠修正溫度對測試結(jié)果的影響，使得泄漏電流的阻性分量能夠更真實地反應(yīng)設(shè)備特性。

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器；帶電檢測；阻性電流；溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.243

1 引言

避雷器是專門用于限制雷電過電壓或操作過電壓的電氣設(shè)備，用于保護與之并聯(lián)的電氣設(shè)備。氧化鋅避雷器以氧化鋅為主要原料，在高溫下燒制成氧化鋅電阻閥片串聯(lián)而成。氧化鋅避雷器具有良好的伏安特性，在工作電壓下流過氧化鋅閥片的電流極小，不需串聯(lián)保護間隙，且不存在工頻續(xù)流，而在雷電或操作過電壓作用下又能迅速泄放電流，限制過電壓，因此已被廣泛應(yīng)用。

判斷避雷器狀態(tài)的手段主要有例行停電試驗和帶電檢測，其中，停電試驗必須停運對應(yīng)的主設(shè)備，受試驗周期以及供電連續(xù)性等因素限制，不能隨時開展試驗，而帶電檢測則可以根據(jù)需要及時開展試驗，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷并監(jiān)視缺陷發(fā)展程度，是掌握避雷器運行狀況的重要手段。

在運行電壓下，氧化鋅避雷器的總泄漏電流包括阻性電流和容性電流兩部分，在正常運行情況下，泄漏電流值基本不發(fā)生變化，并且其阻性分量遠小于總泄漏電流，大約只占10% ～ 20%。當氧化鋅避雷器發(fā)生內(nèi)部受潮、老化、受熱、沖擊損壞時，阻性電流會有顯著增大，但是容性電流基本不發(fā)生變化，總泄漏電流也變化不大。因此，氧化鋅避雷器帶電測試中，其泄漏電流的阻性分量（簡稱“阻性電流”）是反映內(nèi)部狀態(tài)的重要指標。本文對避雷器泄漏電流的阻性分量受溫度影響的現(xiàn)象進行了統(tǒng)計分析，并在實驗室中對氧化鋅閥片阻性電流——溫度曲線進行了實驗測定，總結(jié)了變化規(guī)律。

2 溫度對現(xiàn)場運行避雷器阻性電流的影響

根據(jù)國網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定，運行中持續(xù)電流與歷史數(shù)據(jù)相比較應(yīng)無顯著差異。 當阻性電流增加0.5倍時應(yīng)縮短試驗周期并加強監(jiān)測，增加 1倍時應(yīng)停電檢查。

氧化鋅避雷器的泄漏電流的阻性分量受多種因素影響，從避雷器本身來說，閥片的老化、受潮、損壞會導(dǎo)致泄漏電流增大；從外界環(huán)境看，表面污穢，大氣溫度、濕度等也會造成阻性電流的變化。

在帶電檢測過程中，試驗數(shù)據(jù)應(yīng)當能夠真實反應(yīng)避雷器的內(nèi)在特性，才能對它的運行狀況、絕緣性能等做出準確判斷，當外界因素造成較大影響時，就會導(dǎo)致試驗人員對設(shè)備特性做出錯誤判斷，從而出現(xiàn)“過修”、“失修”的情況。

在本單位積累的大量避雷器帶電檢測試驗的歷史數(shù)據(jù)中，可以發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：同一設(shè)備的歷次測量結(jié)果，阻性電流有先增加后減小，或者先減小后增加的情況。

如圖1所示，是某GIS變電站110kV 出線A相避雷器的歷次測試數(shù)據(jù)。

從折線圖中可以看出，同一臺避雷器的阻性電流值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且阻性電流最大測試值和最小值之間相差58%。一般情況下，如果設(shè)備運行狀態(tài)正常，那么其測試值應(yīng)當保持相對穩(wěn)定，只在較小范圍內(nèi)浮動，而如果設(shè)備出現(xiàn)潛在故障、并逐步發(fā)展，則測量值應(yīng)該呈現(xiàn)單調(diào)上升或下降的趨勢。由于該變電站為GIS，避雷器受污穢、濕度等因素影響較小，外界環(huán)境因素中溫度對其影響最大。因此，對測試數(shù)據(jù)進行了進一步分析，將測試電流和測試溫度列表如表1如下：

對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，阻性電流與溫度呈正相關(guān)的關(guān)系，溫度越高，阻性電流的測試值也越大，作者判斷認為，溫度因素影響了測量結(jié)果。其他變電站的測試結(jié)果也表現(xiàn)出相類似的趨勢。

因此，課題組確定了將溫度對氧化鋅避雷器阻性電流測試結(jié)果的影響作為研究內(nèi)容。

3 阻性電流——溫度特性研究

由避雷器的構(gòu)造可知，氧化鋅避雷器由以氧化鋅為主要原料的氧化鋅閥片組成，它具有良好的非線性伏安，在工作電壓下，流過閥片的電流極小，而阻性電流正是氧化鋅避雷器在工作電壓下泄漏電流的阻性分量。在這個試驗項目中，可以將氧化鋅避雷器的閥片視為一個阻值極大的絕緣電阻。從理論可知，一般情況下，隨著溫度的增加，而非金屬導(dǎo)體的電阻的阻值隨之減小，這一趨勢符合避雷器阻性電流隨溫度變化的關(guān)系。

作者在實驗室中對避雷器所使用的氧化鋅閥片進行了試驗。

3.1 試驗方法

首先搭建試驗平臺如圖2所示，將被試閥片放置在恒溫控制箱內(nèi)，通過溫控器調(diào)節(jié)使得試品維持在特定的溫度。從交流電源通過調(diào)壓器對試品施加正常運行電壓，模擬現(xiàn)場實際運行中的工況，利用電流表測取流過閥片的阻性電流值。

試驗中分別對2組不同廠家的閥片進行了試驗，第一組試品為杭州永德電氣110kV避雷器所用氧化鋅閥片，第二組試品為西安西電公司110kV避雷器所用氧化鋅閥片。每組閥片均選取3份樣品測試，排除分散性的影響。

3.2 試驗數(shù)據(jù)及分析

第一組試品試驗數(shù)據(jù)：

對三份測試數(shù)據(jù)取平均值，以抵消試驗閥片分散性帶來的誤差，得到一組溫度t和阻性電流I之間的關(guān)系。

由于不同氧化鋅閥片產(chǎn)品的阻性電流初值不同，因此阻性電流的絕對值作為變量來進行分析并不合適，作者選擇t=20℃時的阻性電流作為標準值，以 為變量，對不同溫度下的阻性電流的比值，即溫度換算 進行分析。 曲線如圖3所示。

對第二組試品進行相同的試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行回歸計算，得到擬合公式如下：

將兩組試驗數(shù)據(jù)得到的擬合曲線畫在同一坐標下，如圖4所示。

對比兩組試驗得到的擬合曲線，從圖中可以看到兩條曲線基本重合，說明2組氧化鋅閥片試品的阻性電流的溫度特性比較一致。

從擬合曲線可以看出，阻性電流隨著溫度的升高呈上升趨勢，這與大量帶電檢測數(shù)據(jù)中反應(yīng)出的趨勢是吻合的。分析曲線走勢，在溫度低于25℃時，阻性電流的上升趨勢大致呈一條直線，當溫度大于30度時，曲線上翹，即阻性電流隨溫度增加而增大的幅度變大，溫度對阻性電流的影響程度加大。endprint

4 轉(zhuǎn)換系數(shù)k在帶電檢測中的應(yīng)用

利用擬合得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)，對第三節(jié)中提到的避雷器測試數(shù)據(jù)進行溫度換算，即將不同溫度下的阻性電流值換算到標準溫度20℃時的電流值。

上述避雷器為西安西電生產(chǎn)的110kV氧化鋅避雷器，型號Y10WF5-102/250。換算結(jié)果如表3和圖5所示：

由表中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過溫度換算，阻性電流最大測試值和最大值之差由58%降低到30%，小于初值差50%的注意值。從歷史測試數(shù)據(jù)的折線圖中也可以看到，測試數(shù)據(jù)隨溫度波動的趨勢明顯變得平緩。值得注意的是在8℃、15℃、22℃下的測試數(shù)據(jù)，經(jīng)過溫度換算之后基本相同，穩(wěn)定在0.084mA左右，由此說明避雷器運行狀況正常；在溫度較高的33℃時的測試數(shù)據(jù)經(jīng)過溫度換算之后依舊相對偏高，筆者推斷，在溫度較高時，除了單純的溫度因素之外，還有其他因素會影響阻性電流值，在此不作展開。

從帶電檢測歷史數(shù)據(jù)中選取阻性電流測試值誤差曾經(jīng)超過50%（即如果以其中一次測試數(shù)據(jù)作為初值，則初值差達到注意值標準），至今仍正常運行的線路避雷器數(shù)據(jù)，進行溫度換算如表4。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過溫度換算，歷次測試結(jié)果之間的誤差均小于50%，處于正常范圍內(nèi)，與避雷器正常運行的實際情況相符。

5 結(jié)論

通過對氧化鋅閥片的試驗和分析，并且結(jié)合現(xiàn)場氧化鋅避雷器帶電檢測數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論：

（1）現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和實驗室試驗結(jié)果證明，氧化鋅避雷器泄漏電流的阻性分量受到溫度影響，阻性電流值隨著溫度的上升而增大。

（2）利用實驗室測試得到的曲線，能夠較好地用于修正氧化鋅避雷器的阻性電流測試值，為判斷設(shè)備狀況提供更真實的測試數(shù)據(jù)，減少“失修”、“過修”情況發(fā)生。

由于時間和資源有限，本文僅對兩組氧化鋅閥片進行了測試，得到了具有指導(dǎo)意義的結(jié)果。還應(yīng)當對對更多避雷器廠家的多種型號的氧化鋅閥片進行相關(guān)試驗，對比試驗結(jié)果，總結(jié)出更為準確的“阻性電流——溫度”之間的關(guān)系，從而使帶電檢測數(shù)據(jù)能夠更準確地反應(yīng)設(shè)備真實運行情況。

參考文獻：

[1]梁曦東，陳昌漁，周遠翔.高電壓工程[M].北京：清華大學出版社，2003：120-126.

[2]曹玉環(huán).金屬氧化鋅避雷器的試驗項目及方法[J].江西煤炭科技，2009（02）：50-51.

作者簡介：陳悅（1976-），男，浙江嵊州人，大專，高級技師，主要從事：電氣試驗、帶電檢測相關(guān)的工作及研究。endprint