劉江明，艾云飛，吳承福，羅晨晨，張翾喆

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)及異常分析

劉江明，艾云飛，吳承福，羅晨晨，張翾喆

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)相比傳統(tǒng)的停電檢測(cè)具有極大的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)帶電設(shè)備之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的耦合電容關(guān)系，不可避免地會(huì)給被試金屬氧化物避雷器帶來(lái)干擾。在分析“一”字形排列避雷器相間干擾基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)案例，分析外界空間干擾所帶來(lái)的影響，并指出在現(xiàn)場(chǎng)干擾條件下，當(dāng)邊相發(fā)生異常后采用邊相補(bǔ)償方式會(huì)導(dǎo)致正常相阻性電流檢測(cè)數(shù)據(jù)異常，造成對(duì)避雷器設(shè)備狀態(tài)的誤判。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)需根據(jù)實(shí)際干擾因素，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化分析，同時(shí)結(jié)合其他檢測(cè)方法進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)。

氧化鋅避雷器；帶電測(cè)試；阻性電流；干擾分析；補(bǔ)償方式

MOA（金屬氧化物避雷器）以其良好的非線性伏安特性和通流能力，在我國(guó)電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)氧化鋅避雷器運(yùn)行狀態(tài)有效的監(jiān)測(cè)與分析是保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。隨著對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量要求的不斷提高，停電試驗(yàn)越來(lái)越難以滿足電網(wǎng)發(fā)展需求，因此帶電測(cè)試越來(lái)越凸顯重要作用。而如何分析和排除干擾，進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理是氧化鋅避雷器現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)的前提條件。

1 MOA相間干擾分析

1.1 MOA現(xiàn)場(chǎng)布置及相間干擾原理

在變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行避雷器帶電測(cè)試時(shí)，設(shè)備與設(shè)備之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的耦合關(guān)系，即空間雜散的耦合電容。對(duì)避雷器而言，空間雜散的耦合電容既包括自身耦合電容、相間耦合電容，還包括例如鄰近間隔帶電設(shè)備等其他設(shè)備所產(chǎn)生的耦合電容。這些耦合電容所產(chǎn)生的電流疊加到氧化鋅避雷器底部的泄漏電流上，共同構(gòu)成全電流，并使得三相泄漏電流中的阻性電流差異極大。在現(xiàn)有試驗(yàn)儀器及檢測(cè)手段條件下，試驗(yàn)人員必須充分根據(jù)所測(cè)避雷器實(shí)際空間位置，判斷空間干擾源的大小、來(lái)源等，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析判斷，避免因異常數(shù)據(jù)引起誤判。

現(xiàn)場(chǎng)MOA的典型布置為三相呈“一”字排列，例如220 kV出線間隔線路避雷器典型布置見(jiàn)圖1。當(dāng)不考慮避雷器相間電容干擾及周圍帶電體對(duì)其影響并且假設(shè)三相避雷器性能相同時(shí)，該組MOA在幅值相同、相位互差120°的三相電壓作用下，流過(guò)各相全電流IA，IB，IC應(yīng)相等，即IA=IB=IC，此時(shí)相角差φA=φB=φC。

圖1 避雷器相間干擾（“一”字排列）

1.2 相間干擾對(duì)避雷器檢測(cè)的影響分析

當(dāng)僅考慮避雷器相間的電容干擾，不考慮周圍帶電體的影響，并假設(shè)三相避雷器性能相同時(shí)，該組MOA在幅值相同、相位互差120°的三相電壓作用下，流過(guò)各相全電流IA，IB，IC不相等。

圖2 避雷器相間干擾向量關(guān)系

（1）避雷器B，C相對(duì)A相存在耦合的空間雜散電容電流（其中B相與A相距離近，空間雜散電容c大，相對(duì)耦合容性電流大；C相與A相距離遠(yuǎn)，空間雜散電容c小，相對(duì)耦合容性電流?。?。從圖2中可以看出：A相實(shí)測(cè)得到的全電流IA與實(shí)際全電流相比有所減小；相位發(fā)生偏移，IA滯后于，實(shí)測(cè)φA小于實(shí)際；阻性電流實(shí)測(cè)為，相對(duì)于實(shí)際阻性電流IAR增大。

（3）B相避雷器同時(shí)受到A，C兩相的耦合干擾，兩者的耦合電容電流在相位上相差120°，其與實(shí)際全電流IB疊加的結(jié)果是B相實(shí)測(cè)全電流容性分量減小，而阻性分量變化較小，實(shí)測(cè)全電流變小，相角φB基本不變。

綜上，相間空間干擾對(duì)實(shí)際避雷器帶電檢測(cè)產(chǎn)生以下影響：

（1）A，C相全電流基本相等且大于B相，但均小于實(shí)際全電流值。

（2）實(shí)測(cè)相角 φA＜φB＜φC，即相間干擾會(huì)造成A相相角減小，B相基本不變，而C相相角變大。

（3）相間干擾會(huì)造成A相阻性電流增大，B相基本不變，而C相阻性電流減小。

2 自動(dòng)邊補(bǔ)方式下避雷器阻性電流檢測(cè)異常分析

在變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行避雷器阻性電流帶電檢測(cè)時(shí)，由于存在相間干擾，A，C相電流相位都要向B相方向偏移，一般偏移角度2～4°，不可避免地會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生異常，從而引起誤判。對(duì)此，在避雷器阻性電流現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，常采用自動(dòng)邊補(bǔ)技術(shù)對(duì)A相和C相進(jìn)行一定的補(bǔ)償，以消除相間電容耦合的影響。自動(dòng)邊補(bǔ)原理是：假定B相對(duì)A，C相影響是對(duì)稱的，測(cè)量出IC超前IA的角度φCA，A相補(bǔ)償角度為φ0A=-（φCA-120）/2，C相補(bǔ)償角度為φ0C=-（φCA-120）/2。

（1）B相避雷器數(shù)據(jù)異常的分析判斷。

自動(dòng)邊補(bǔ)技術(shù)僅對(duì)A，C相進(jìn)行適當(dāng)角度補(bǔ)償，對(duì)B相則不進(jìn)行補(bǔ)償，故采用自動(dòng)邊補(bǔ)技術(shù)檢測(cè)到的B相試驗(yàn)數(shù)據(jù)與禁用補(bǔ)償方式下B相試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。因此，當(dāng)B相避雷器發(fā)生異常時(shí)，通過(guò)采用縱橫分析法，將歷年檢測(cè)的角度、全電流及峰值、阻性電流及峰值、諧波電流進(jìn)行相互對(duì)比分析，進(jìn)而判斷B相避雷器狀態(tài)變化。

（2）A，C相避雷器數(shù)據(jù)異常的分析判斷。

當(dāng)A，C相避雷器無(wú)異常時(shí)，則在檢測(cè)條件基本不變的情況下，IC超前IA的角度φCA基本不變，因此每次檢測(cè)時(shí)其補(bǔ)償角度基本不變。但當(dāng)A，C相避雷器任一相發(fā)生異常時(shí)，則IC超前IA的角度φCA發(fā)生改變，A相相應(yīng)的補(bǔ)償角度也將發(fā)生變化。以C相避雷器發(fā)生異常、A相避雷器正常為例，IC超前IA的角度φCA減小，A相補(bǔ)償角度為φ0A減小，C相補(bǔ)償角度為φ0C增大。采用自動(dòng)邊補(bǔ)進(jìn)行檢測(cè)相角滿足以下關(guān)系：

式中：φA，φC分別為邊補(bǔ)條件下的A，C相避雷器檢測(cè)角度；φzA，φzC分別為A，C相避雷器真實(shí)角度；φgA，φgC為現(xiàn)場(chǎng)干擾角度影響因素，在布置方式不變時(shí)，干擾影響的角度基本不變。

C相避雷器異常，則 φzC減小，φ0C增大，但φ0C變化量小于φzC變化量，因此φC減小；C相避雷器異常導(dǎo)致φ0A減小，φzA不變，因此φA減小。

綜上，采用自動(dòng)邊補(bǔ)進(jìn)行補(bǔ)償檢測(cè)時(shí)，當(dāng)單一邊相避雷器發(fā)生異常時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致正常邊相試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常，進(jìn)而造成對(duì)避雷器狀態(tài)的誤判。

3 避雷器帶電檢測(cè)實(shí)例分析

在某500 kV變電站220 kV線路氧化鋅避雷器阻性電流帶電檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與歷次檢測(cè)值存在較大差異，A相全電流基本不變，B相和C相全電流明顯增大，同時(shí)檢測(cè)電流超前電壓角度均減小，阻性電流均增大。歷次阻性電流帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比基本不變。

表1 某220線路避雷器阻性電流帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)

B相避雷器在自動(dòng)邊補(bǔ)模式下也未進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)比檢測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，B相避雷器角度減小約3°，阻性電流增大約94%。

對(duì)于C相避雷器，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)境基本一致情況下，可以得到式（3）、式（4）：

式中：φj1，φj2分別為禁止補(bǔ)償條件下前后兩次避雷器檢測(cè)角度；φ1，φ2分別為前后兩次檢測(cè)避雷器真實(shí)角度；φg為現(xiàn)場(chǎng)干擾角度影響因素。

對(duì)比2015年自動(dòng)邊補(bǔ)（補(bǔ)償角度為4.69°，-4.69°）檢測(cè)數(shù)據(jù)和2016禁用補(bǔ)償檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，兩種條件下角度基本一致，即φj2≈φ1。由于補(bǔ)償角度較大，φg影響不可忽略，可以得到φ2＜φ1，說(shuō)明避雷器角度真實(shí)值減小。根據(jù)式（3）、式（4）可知φj1-φj2=φ1-φ2，在禁用補(bǔ)償條件下前后兩次檢測(cè)角度分別為φj2=86.49°和φj1=91.66°，即避雷器角度真實(shí)值減小5.17°。假設(shè)φ1=86.97°，則φ2=81.8°，計(jì)算可得Ir=0.059 mA，即C相避雷器阻性電流較之前一年檢測(cè)值增大157%。

通過(guò)以上分析，可以判斷B，C相避雷器阻性電流帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)確實(shí)存在異常，而A相阻性電流增大是由于自動(dòng)邊補(bǔ)檢測(cè)方式下C相避雷器發(fā)生異常所致。

4 停電試驗(yàn)與解體驗(yàn)證

4.1 避雷器停電診斷試驗(yàn)

該線路避雷器停電例行試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，可以發(fā)現(xiàn)：B，C相避雷器上節(jié)1 mA直流泄漏電流下的電壓相較A相、同相下節(jié)避雷器及同部位歷史數(shù)據(jù)均明顯偏低，因此確認(rèn)B，C相避雷器上節(jié)存在劣化現(xiàn)象。

由于A相全電流未發(fā)生明顯變化，故A相避雷器無(wú)異常內(nèi)部缺陷置信度較大，通過(guò)反算得出2015年檢測(cè)數(shù)據(jù)A相和C相補(bǔ)償角度分別為4.69°和-4.69°，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)整A相補(bǔ)償角度至87.11°后，可以得到Ir=0.023 mA，即A相避雷器

表2 避雷器上節(jié)解體前直流泄漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 避雷器解體檢查

對(duì)異常避雷器和正常避雷器解體發(fā)現(xiàn)：A相上節(jié)避雷器閥片組取出順利，且閥片組外部絕緣熱縮套完整；B相上節(jié)避雷器閥片組在取出過(guò)程中卡塞嚴(yán)重，取出后可明顯看到絕緣熱縮套存在多處老化開(kāi)裂，即B相避雷器閥片絕緣熱縮套存在明顯劣化。A，B相絕緣熱縮套情況如圖3所示。

圖3 絕緣熱縮套情況

B相避雷器中取出的兩段閥片組均存在絕緣熱縮套開(kāi)裂現(xiàn)象，且開(kāi)裂部位有明顯黑色痕跡，如圖4所示。還可以看到，B相避雷器上端閥片組的頂部開(kāi)裂絕緣熱縮套處，7片閥片外漏面有明顯燒蝕痕跡，且7片閥片連同頂部金屬電極上均有明顯放電痕跡。

圖4 B相上節(jié)避雷器絕緣熱縮套開(kāi)裂

4.3 絕緣電阻試驗(yàn)

對(duì)上段閥片組中閥片逐一進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試（結(jié)果見(jiàn)表3），可以發(fā)現(xiàn)1—7各閥片絕緣電阻嚴(yán)重偏低。對(duì)閥片側(cè)表面用酒精擦拭處理后，阻值顯著增大。再次進(jìn)行上段閥片整組直流泄漏試驗(yàn)，測(cè)得1 mA直流泄漏電流下電壓為82.9 kV，符合要求，閥片絕緣性能明顯改善，說(shuō)明該部位閥片側(cè)表面殘留物對(duì)閥片絕緣性能影響明顯。

表3 上段閥片單片絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù) MΩ

經(jīng)解體分析確認(rèn)，避雷器頂部閥片存在劣化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致閥片絕緣性能降低，運(yùn)行中存在發(fā)熱現(xiàn)象及避雷器阻性電流異常情況。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)檢測(cè)氧化鋅避雷器全電流有效值及峰值、阻性電流有效值及峰值、電流超前電壓角度、諧波分量，可以在設(shè)備不停電條件下對(duì)運(yùn)行避雷器狀態(tài)（如受潮、劣化）進(jìn)行診斷分析。

（2）對(duì)氧化鋅避雷器阻性電流進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)，復(fù)雜的空間耦合干擾會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生異常，檢測(cè)時(shí)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置情況分析干擾因素，便于對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

（3）進(jìn)行氧化鋅避雷器阻性電流帶電檢測(cè)時(shí)，采用自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)可以減小相間干擾，但當(dāng)邊相出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)導(dǎo)致正常相試驗(yàn)數(shù)據(jù)也出現(xiàn)異常，從而引起誤判。因此現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析時(shí)需結(jié)合禁止補(bǔ)償條件下的檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用縱橫分析法，結(jié)合紅外測(cè)溫圖譜溫度分布情況、高頻局部放電情況對(duì)氧化鋅避雷器運(yùn)行狀態(tài)加以分析判斷。

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（本文編輯：方明霞）

Live Detection and Abnormality Analysis of MOA

LIU Jiangming，AI Yunfei，WU Chengfu，LUO Chenchen，ZHANG Xuanzhe
（State Grid Zhejiang Maintenance Branch Company，Hangzhou 311232，China）

Compared with traditional de-energized testing，live MOA testing has great advantages.But due to the intricate coupling capacitance relations among the energized devices in field test，interference to tested MOA is inevitable.Based on the analysis of interference between the phases of linear arresters，this paper analyzes the impact of environment disturbances，according to real testing cases.It points out that with surrounding interference，when the side phase is abnormal，the side-phase compensation causes abnormal changes of normal phase resistive current data，leading to misjudgment of MOA condition.In field test，it is necessary to analyze the differentiations among test data and analyze and evaluate comprehensively with other testing methods based on actual interfering factors.

MOA；living test；resistive current；interference analysis；compensation mode

TM862+.1

：B

：1007-1881（2017）03-0038-04

2016-12-01

劉江明（1978），男，高級(jí)工程師，高級(jí)技師，主要從事高電壓試驗(yàn)、研究和管理工作。