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        金屬氧化物避雷器帶電測試現(xiàn)場干擾源分析

        2021-11-23 01:26:28國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司李思樸謝怡琚馬文長
        電力設(shè)備管理 2021年10期
        關(guān)鍵詞:阻性相間相位角

        國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司 李思樸 謝怡琚 馬文長 郭 微 馬 靜 李 敏

        金屬氧化物避雷器(MOA)是在電力系統(tǒng)中用于保護(hù)輸變電設(shè)備絕緣免受過電壓危害的一類重要電器,具有響應(yīng)速度快、伏安特性優(yōu)異、性能穩(wěn)定、通流容量大、殘壓低、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),廣泛使用于發(fā)電、輸電、變電、配電等系統(tǒng)中。MOA在長期運(yùn)行過程會(huì)出現(xiàn)以下問題:氧化鋅閥片處于電網(wǎng)運(yùn)行電壓下產(chǎn)生發(fā)熱,從而引起伏安特性的變化,長期作用將導(dǎo)致氧化鋅閥片老化直至出現(xiàn)熱擊穿;在遭受沖擊電壓的情況下,氧化鋅閥片也會(huì)在巨大的沖擊電壓能量下發(fā)生老化;由于結(jié)構(gòu)原因?qū)е聝?nèi)部受潮或絕緣支架絕緣性能不良,會(huì)使工頻電流增加、功耗加劇,嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生內(nèi)部放電。為避免金屬氧化物避雷器出現(xiàn)性能劣化導(dǎo)致設(shè)備事故的發(fā)生,對其進(jìn)行定期的停電試驗(yàn)和帶電檢測顯得至關(guān)重要。

        目前,金屬氧化物避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測作為一種判斷其性能良好的有效手段被廣泛應(yīng)用,其原理是利用金屬氧化物避雷器全電流和阻性電流在避雷器內(nèi)部受潮或閥片劣化時(shí)發(fā)生變化的特點(diǎn)。目前測量金屬氧化物避雷器全電流和阻性電流的方法有許多,如諧波法、容性電流補(bǔ)償法、波形法等,原理相似且均能對避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流進(jìn)行檢測,但在現(xiàn)場實(shí)際測試過程中往往會(huì)受到多種因素的干擾從而造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,因此需在現(xiàn)場測試中對測試數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確合理的判斷,這需對多因素的干擾原理有一定的掌握和了解。

        1 相間干擾

        相間干擾是最為普遍的一類干擾,這類干擾對測試結(jié)果影響最為嚴(yán)重,在測試現(xiàn)場往往對其采取一些修正措施。目前變電站普遍使用三相“一”字形排列避雷器,從圖1可看出,三相電壓向量UA、UB、UC互成120°夾角,其容性電流ICA、ICB、ICC超前各自電壓相位90°,阻性電流IRA、IRB、IRC向量與其電壓方向相同,全電流IXA、IXB、IXC為容性電流和阻性電流的合成向量[1],∠A、∠B、∠C即為三相電壓與其全電流的夾角。假設(shè)圖中三相避雷器的性能相同,則有IRA=IRB=IRC、IXA=IXB=IXC、∠A=∠B=∠C。實(shí)際上三相“一”字形排列的避雷器在運(yùn)行時(shí),其相鄰相的避雷器電壓會(huì)對本相避雷器產(chǎn)生相間容性耦合,即產(chǎn)生相間干擾,為方便分析避雷器各相間干擾情況,制定相間干擾模型及相位圖。

        圖1 不考慮相間干擾向量圖

        由圖2可看出,B相由于同時(shí)受到A相和C相的干擾,耦合電容電流IAB和ICB大小基本相等,且關(guān)于ICB對稱,造成B相實(shí)際全電流IXB′小于IXB,但B相實(shí)際全電流IXB′與電壓UB的夾角∠B′等于∠B;A、C相同時(shí)受到B相耦合電容的干擾,且B相對A相的耦合電流IBA與B相對C相的耦合電流IBC幅值大小相同且向量關(guān)系平行。以C相為例分析,如圖2所示,根據(jù)平行四邊形法則可得出,C相實(shí)際全電流IXC′的相位向B相方向偏移,造成C相實(shí)際全電流IXC′與電壓UC的夾角∠C′大于∠C,C相實(shí)際全電流IXC′小于IXC,C相實(shí)際阻性電流IRC′小于IRC,同理可以分析A相實(shí)際全電流IXA′與電壓UA的夾角∠A′小于∠A,A相實(shí)際全電流IXA′小于IXA,A相實(shí)際阻性電流IRA′大于IRA。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),在避雷器各相間干擾的影響下,A、C相電流相位都會(huì)向B相方向偏移,一般偏移角度為2~4°左右。

        圖2 考慮相間干擾向量圖

        為了驗(yàn)證前述理論分析的準(zhǔn)確性,本文對某750kV變電站隨機(jī)抽取了6組避雷器帶電測試相位角的數(shù)據(jù),并進(jìn)行分析,其A、B、C相數(shù)據(jù)分 別 為82.86/85.18/88.34、84.62/87.48/90.03、80.13/83.43/86.68、81.19/82.77/84.85、84.41/87.55/89.80、84.81/86.07/87.75。由 此 可直觀反映出中間相B相對A、C兩相的設(shè)備產(chǎn)生了干擾,導(dǎo)致A、C相電流相位都要向B相方向偏移,且偏移角度在2~4°左°右。同時(shí)有∠A′<∠B′<∠C′的關(guān)系,因此這種相間干擾現(xiàn)象對測量結(jié)果的影響具有一定的規(guī)律性?;诖艘?guī)律,在實(shí)際測試過程中,目前專業(yè)試驗(yàn)儀器可對MOA的全電流、阻性電流、容性電流和阻抗角進(jìn)行校正,并已有多種校正方法能消除相間干擾引起的MOA帶電測試結(jié)果偏差,校正后的數(shù)據(jù)更能真實(shí)地反映MOA的運(yùn)行狀態(tài)[2]。

        2 諧波干擾

        電網(wǎng)諧波干擾廣泛存在于避雷器帶電檢測現(xiàn)場中,其產(chǎn)生的干擾也應(yīng)不容忽視。假設(shè)電網(wǎng)電壓不含諧波分量,則有根據(jù)歐姆定律可知氧化鋅閥片具有非線性伏安特性,因此電阻R為一個(gè)變量,導(dǎo)致iR為非線性變量,對其進(jìn)行傅里葉分解可以得到:

        在此式中 I1sinωt 、I3sin(3 ωt+φ3)、I5sin(5 ωt+φ5)、Insin( n ωt+φn) 分別為避雷器阻性電流的基波、3次諧波、5次諧波、n次諧波。

        從式中可看出,此時(shí)阻性電流iR中i'來自于非線性電阻,i''來自于電壓諧波,即阻性電流中的諧波成分將會(huì)包括因電壓諧波而引起的諧波分量。同理可得,電容電流也會(huì)受到電網(wǎng)諧波影響。有相關(guān)仿真試驗(yàn)表明電壓諧波的影響取決于其諧波的含量和諧波的相位,諧波含量增大,阻性電流及其諧波分量也增大,并且各次諧波相位的影響也不同[3]。

        在對某地區(qū)330kV變電站進(jìn)行避雷器阻性電流測試時(shí)發(fā)現(xiàn),該站兩組避雷器測試異常,其全電流波形和阻性電流波形均發(fā)生畸變,三相相位角均較大。分析發(fā)現(xiàn),該站啟風(fēng)Ⅰ線對側(cè)為風(fēng)電場,結(jié)合風(fēng)電場諧波分布特性進(jìn)行分析。由表1可知,風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)時(shí)在受端可注入大量的奇次諧波,其中5次諧波最大,可推斷為可能引起避雷器阻性電流數(shù)據(jù)異常的原因。因此在實(shí)際測試過程中,對于電源側(cè)有風(fēng)電或其它分布式電源時(shí)應(yīng)著重考慮電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的干擾。

        表1 某風(fēng)電場的諧波潮流數(shù)據(jù)

        3 空間母線干擾及其他干擾因素

        變電站內(nèi)的空間母線也會(huì)對避雷器帶電測試產(chǎn)生干擾。本文以一組靠近母線的避雷器為例進(jìn)行分析,等效圖如圖3所示。假設(shè)三相避雷器性能相同,均靠近C相母線且距離相同,圖3中C0為母線對三相避雷器的耦合電容??紤]相間干擾,為方便分析以A相避雷器為例制定圖4所示的向量圖,可看出,IXA′為相間干擾時(shí)的全電流,當(dāng)存在母線干擾時(shí),即存在母線對避雷器耦合電容電流IC0時(shí)導(dǎo)致IXA′向C相偏移,從而使得相位角增大,A相阻性電流比僅受到相間干擾時(shí)的阻性電流小。同理可知IC0的影響使B相阻性電流偏大、相位角減小,但對C相阻性電流并無影響。

        圖3 母線干擾等效圖

        圖4 母線干擾向量圖

        在實(shí)際現(xiàn)場測試中往往會(huì)出現(xiàn)單相偏移角較大情況,極有可能為某一特定相位角的強(qiáng)電磁場存在,如空間母線干擾,導(dǎo)致各相相位角在僅受到相間干擾情況下向著干擾相位偏移,因此出現(xiàn)了某相相位角較小或較大情況,現(xiàn)場強(qiáng)電磁場復(fù)雜多變,影響情況或大或小且此類干擾無法消除,測試時(shí)應(yīng)保存原始干擾數(shù)據(jù)。除上述的相間干擾、諧波干擾及空間母線干擾之外,避雷器帶電檢測現(xiàn)場還存在著許多其他因素的干擾,這些干擾也會(huì)對測試結(jié)果造成一定的影響,因此需在現(xiàn)場測試過程中注意觀察,多次試驗(yàn),以便多方面考慮現(xiàn)場干擾,合理分析比較測試結(jié)果。

        避雷器外表面污穢。避雷器絕緣外表污穢會(huì)使其泄漏電流明顯增大,從而對測試精度造成影響。同時(shí)污穢對氧化鋅電阻片的電壓分布有一定的影響,也會(huì)對內(nèi)部泄漏電流產(chǎn)生影響[4];溫、濕度影響。設(shè)備長期處在運(yùn)行電壓下,其內(nèi)部有功損耗的熱量會(huì)使電阻片的溫度高于環(huán)境溫度,造成避雷器的阻性電流增大,此外環(huán)境濕度較大時(shí)也會(huì)使避雷器瓷套的泄漏電流增大;參考電壓方法選取的不同。金屬氧化物避雷器測量儀器一般具有電壓互感器二次電壓法、檢修電源法、感應(yīng)板法、末屏電流法等幾種參考電壓方式,各種方法不同帶來的系統(tǒng)誤差也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果;試驗(yàn)儀器受電磁場干擾。試驗(yàn)儀器是置于電磁場中的,電磁感應(yīng)會(huì)在測試儀的測試回路中引入干擾電流而使得阻性電流偏大。

        4 結(jié)語

        由于金屬氧化鋅避雷器的帶電測試干擾與誤差是非常復(fù)雜的問題,因此在對運(yùn)行中的避雷器進(jìn)行阻性電流測試分析時(shí)無法準(zhǔn)確測出各持續(xù)電流的量。在判斷避雷器性能好壞時(shí),應(yīng)首先結(jié)合測試數(shù)據(jù)及現(xiàn)場狀況合理分析現(xiàn)場干擾情況,然后通過歷次避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流測試值橫向和縱向判斷避雷器的健康狀態(tài)及性能。初次測試值極為重要,之后的例行試驗(yàn)應(yīng)與歷史進(jìn)行比較,通過各項(xiàng)電流值和角度值得變化進(jìn)行趨勢分析,發(fā)現(xiàn)異常時(shí)再進(jìn)行停電試驗(yàn)。

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