关于避雷器阻性电流测量方法改进的研究.docx

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关于避雷器阻性电流测量方法改进的研究

关于避雷器阻性电流测量方法改进的研究

　　摘要：

供电设备试验的模式在由原始的断电测试模式转变为更为先进高效的带电运行模式，带电运行模式的日益普遍提高了供电设备的可靠性。

但由于设备带电运行模式测试中避雷器排列方法的差异，常常会出现影响试验结果的阻性电流非正值，使得难以进行正确的判断。

笔者以大量的现场试验为基础，提出了一套改进避雷器阻性电流测试的新方法――实际相角法。

该方法使得试验结果不再受避雷器安装排列方法差异所影响，更为直观的观测阻性电流的变化趋势，试验结果准确性得到了较大的提升，这对传统的带电测试方法试一次重要的提升，具有实践意义。

　　【关键词】避雷器试验实际相角法阻性电流

　　近年来供电设备试验的模式在由原始的断电测试模式转变为更为先进高效的带电运行模式，带电运行模式的供电设备试验可以在不需要断电的情况下，根据其电阻片中阻性电流的变化趋势来了解电阻片的老化以及损坏情况，这是带电运行测试无与伦比的巨大优势，但是对于带电运行测试最难解决的问题就是附近其它带电设备对于测试结果的干扰。

设备带电运行模式测试中，常常会由于避雷器安装排列的差异，导致出现影响试验结果的阻性电流非正值，三相阻性电流值差别比较大，和产品出厂时进行测验的值也有很大的差别。

很容易得到一个结论就是该方法经过测量试验得到的阻性电流值并不准确。

按照理论，阻性泄露电流应当占到总电流的百分之十至百分之二十，很明显会与该带电测量方法得到的测量结果相冲突。

对于完善带电运行测试模式很多专家学者做了很多的试验和研究，也作出的不可磨灭的贡献，笔者在这里主要对避雷器阻性电流测量方法改进进行研究，并提出实际相角法的新方法。

　　1避雷器阻性电流测量原理与特性

　　1.1氧化锌避雷器原理结构与工作特性

　　氧化锌避雷器是一类先进的保护型电器，它的主要结构阀片是以氧化锌为关键材料，辅以多种金属金属材料高温烧结制造而成。

氧化锌避雷器简称MOA，它具有较为不错的非线性性质、残留电压低、通流容量巨大等颇为优异的特性，在正常工作电压下，避雷器阀片的电阻很大，几乎可以视为绝缘体，而在大电压的冲击下可以在很短的时间内调整到低电阻状态下被击穿，大电流得到释放后又可以极快的恢复到高电阻状态，所以在实际中氧化锌避雷器与被保护设备并联，避免线路及设备受到电压危害。

由于氧化锌避雷器的种种优点，它被普遍地应用在各个电力系统中并具有非常好好的经济效益。

图1为氧化锌避雷器等值电路。

　　1.2测量原理

　　当氧化锌避雷器老化或损坏时，往往会发生其阻性电流增大的现象。

所以在实际的运行工作中，测试人员常常根据用电设备在正常电压工作的条件下阻性电流的变化趋势来对氧化锌避雷器的性能进行评估。

　　近些年RCD-4型阻性电流测量仪是实际工作中使用最为频繁的测量仪器，这种仪器测量氧化锌避雷器阻性电流的测量原理是选取对象（氧化锌避雷器）的电流信号总和，然后再测量一个与被测量氧化锌避雷器两边电压同相的电流信号。

总电流信号Ix基波矢量I1在电压基波矢量U1上的投影就可以表示为被测量氧化锌避雷器的阻性电流，如图2。

　　由于RCD-4型阻性电流测量仪测量回路中输入的电流阻抗相对而言较小，把电流测量仪用于测量的探头连接在放电计数器两端就可以测量出总电流信号I1，这种测量方法十分简便且具有唯一性。

　　测量电压信号U1的方法大致分为三种：

（1）从标准电压（220V）的电源上测得电压信号U1，这种方法称之为电源法。

（2）在测量现场测得一个感应电压U1，称之为感应法

　　（3）在电压互感器2次绕组中测得电压U1，这种方法称之为PT法。

在这三种方法中最为简单且便于实施的方法是电源法，而且电源法具有危险性低、可靠性高等优点，现已在实际测量中得到了普遍的运用，接线方法见图3。

　　1.3三次谐波法的分析及实现

　　因为在线测试当中，一般要在PT上引用电压的信号作为参考，导致测试试验的结果容易因为PT角差而产生误差。

三次谐波法无需引入PT上的电压信号作参考，而且试验方法较为简单便捷，但是三次谐波法也有明显的缺点，使三次谐波法没有得到普遍的应用，主要的缺点：

a.不同氧化锌避雷器的阀片，它的阻性电流最大值和三次分量相互间的函数关系互有差异，哪怕相同的阀片在不同的使用阶段也会发生变化，所以测试中结果的准确程度难以得到保证。

b.如果母线中也含有三次谐波的分量，这种方法就无法消除这些三次谐波分量对测试的干扰，最终也影响了结果的准确性。

　　在当前条件下，产生的解决这种问题的方法是三次谐波补偿法，新增了更多的电场探头，使得电网中的三次谐波对于试验结果造成的误差得到了补偿，测试方法也十分的便捷。

　　图4为三次谐波阻性电流分量测量。

　　2传统阻性电流测量方法的弊端

　　笔者曾在单位管内10千伏石巴贯通线路上对进行氧化锌避雷器不断电测试的试验中出现一些氧化锌避雷器阻性电流产生非正值的特殊现象。

在此试验中所采用的仪器是正规的避雷器通电测试仪，所采用的方法是自动边补的测试方法，这种方法已经考虑了氧化锌避雷器三相互相之间的影响，而且对其进行了补偿，但是测试结果中氧化锌避雷器的阻性电流仍然产生了非正值，这表明在进行氧化锌避雷器带电测试中还受到了其他因素的较强影响。

　　传统阻性电流测量方法主要存在的问题主要是两个方面：

　　2.1传统阻性电流测试方法无法直接依据理论进行判断

　　工作状态正常的氧化锌避雷器阻性泄露电流应当占到总电流的百分之十至百分之二十，当阻性泄露电流占总电流的比例增加并且超出这一范围时，可以判断出该避雷器的工作状态出现了故障。

但是传统阻性电流测量方法是分析角度的变化来对避雷器工作状态进行评定的，并没有办法依据理论来对避雷器工作状态进行评定。

而且传统测量方法也没有明确的规定角度变化与避雷器工作状态之间的具体变化关系，在实际测试中会有可能会出现判断错误的情况。

　　2.2传统阻性电流测量方法的测试结果中可能会产生非正值

　　避雷器的运行环境十分复杂，存在着非常多的干扰因素，对电压、电流等可能会造成影响。

比较重要的干扰因素有：

避雷器电压可能会有波动；湿度、锈蚀、表面污垢、温度等对于避雷器阻性泄漏电流的干扰；附近带电体也可能会对测量造成干扰，使得测量结果不准确。

当避雷器的带电测量被附近带电体干扰时，哪怕三支氧化锌避雷器的带电特性非常接近，得到的测量结果中阻性电流基波大小也可能存在很大的差异，给判断其工作状态以及劣化成都造成了困难。

而且在实际中，近些年来避雷器的排列方式不仅仅只是以“一”字形进行排列，大部分排列方式都是“/”“～”等型进行排列，这使得附近带电体对阻性电流的带电测量影响更为明显，测试结果中可能会产生非正值，使得对避雷器的实际状态更加难以评估，显然用这种传统方法测出的阻性电流值并不是准确的。

　　3一种改进测试方法――实际相角法

　　3.1原理设计

　　在现场中氧化锌避雷器的相间相位差由以前的120度变的不确定，我们以提高试验结果的判断更为直接并更为准确为目标，就要想办法清除负值，那么我们采用的校正角就需要用实际相角的差值来进行判断。

因为当氧化锌避雷器安装部位确定了后，试验所受到的其他因素的影响也基本确定了下来。

实际相角法就是在设备安装运行后假设a，b，c间运行无明显问题，在进行校正后对其阻性电流以及实际的相间相位差进行测量，然后在半年后把上次测量得到的实际相角差作为校正角来更为准确的测量出其阻性电流大小，这样就达成了以阻性电流的变化趋势来评估氧化性避雷器性能得目的，实践中该方法步骤如下：

　　第一次测试：

将各相都用85度来校正，例如测量A相时，测得A相氧化锌避雷器总电流IxA，并测出IA与电压信号的夹角，通过85度校正测出其阻性电流IR1p（A1），通过该方法再分别测出B相、C相阻性电流IR1p（B1）、IR1p（C1），并将实验数据加以保存，将来可以用于判断氧化锌避雷器运行的好坏，通过简单的运算也可以算出A与B的实际相角差和B与C的是实际相角差。

　　第二次测试：

选取B相氧化锌避雷器总电流IxB用于测出IB和电压的夹角φU-I，接着将B相校正角φ0（B）=85°-φU-I引入仪器当中，从而得到了B相阻性电流值IR1p（B）。

A相氧化锌避雷器的总电流IxA，通过各相角联系求出A相氧化锌避雷器校正角，引入仪器中可以得出A相阻性电流值IR1P（A），同样方法测出氧化锌避雷器C相阻性电流值IR1P（C），这个时候就可以将IR1P（A）、IR1p（B）、IR1P（C）与原始阻性电流值IR1p（A1）、IR1p（B1）、IR1p（C1）放在一起对比，依据理论可以判断氧化锌避雷器的运行状态。

φ0（A）

　　3.2实验效果

　　笔者这两年来将本文所讲的实际相角法运用于许多正常工作的氧化锌避雷器阻性电流不断电测试试验当中，试验结果表明实际相角法的确成功的解决了阻性电流测量结果出现非正值的问题，而且其测量结果也准确的评估了氧化锌避雷器的工作状态，这种测量方法具有安全、高效、准确、便捷等优点。

表1为对10kV石巴贯通线路氧化性避雷器与10kV石瓷贯通线路氧化锌避雷器进行现场测试并将实际相角法与原有的电源法测试结果作比较。

　　2015年9月23日，对10kV瓷乌贯通线路氧化锌避雷器运用了实际相角法进行带电测试，结果很明显的表明C相氧化锌避雷器测得的阻性电流超过了2014年测量的阻性电流值3倍，总电流中的阻性电流占有比例也同样大幅度提高了，通过观察结果运用理论分析得出这个氧化锌避雷器存在着问题，表2为该次现场测试数据。

　　需要说明的一点是，在做现场测试的过程中必须要考虑到三相电流、三相电压以及接触不良等因素可能对测试结果造成不良的影响，当电源电压每次测试不是同向的时候，因为电源电压相间的相位差是120°，就可以加减120°进行换算，或者也能更换另一相电源。

另外，临近线路带电与否也会一定程度上影响到氧化锌避雷器阻性电流的测量准确性，经过笔者多次试验得出，临近线路带电与否对于测量中阻性电流的大小有百分之十五以内的影响，这种大小的误差在实际运行中是可以被允许的，我们依然足以对氧化锌避雷器工作状态进行准确的评估，并且也可以在测量中记录下临近线路带电与否来减小结果误差。

　　4结语

　　传统氧化锌避雷器阻性电流测量方法的弊端严重影响到了其测试结果的准确性，而实际相角法将传统的以相角的不同变化来评估氧化锌避雷器劣化的方法提升为更为直观的利用阻性电流变化趋势来评估氧化锌避雷器的工作状态，真实的表现出氧化锌避雷器的阻性电流值，解决了一直以来传统测试方法中突出的阻性电流负值的问题，使得反映工作中的氧化锌避雷器的工作状态更为准确，并且真实可靠有实际运用的价值。

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　　作者单位

　　神华包神铁路有限责任公司内蒙古自治区鄂尔多斯市017000