劉朝暉

摘 要：供電設(shè)備試驗(yàn)的模式在由原始的斷電測(cè)試模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橄冗M(jìn)高效的帶電運(yùn)行模式，帶電運(yùn)行模式的日益普遍提高了供電設(shè)備的可靠性。但由于設(shè)備帶電運(yùn)行模式測(cè)試中避雷器排列方法的差異，常常會(huì)出現(xiàn)影響試驗(yàn)結(jié)果的阻性電流非正值，使得難以進(jìn)行正確的判斷。筆者以大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，提出了一套改進(jìn)避雷器阻性電流測(cè)試的新方法——實(shí)際相角法。該方法使得試驗(yàn)結(jié)果不再受避雷器安裝排列方法差異所影響，更為直觀(guān)的觀(guān)測(cè)阻性電流的變化趨勢(shì)，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性得到了較大的提升，這對(duì)傳統(tǒng)的帶電測(cè)試方法試一次重要的提升，具有實(shí)踐意義。

【關(guān)鍵詞】避雷器 試驗(yàn) 實(shí)際相角法 阻性電流

近年來(lái)供電設(shè)備試驗(yàn)的模式在由原始的斷電測(cè)試模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橄冗M(jìn)高效的帶電運(yùn)行模式，帶電運(yùn)行模式的供電設(shè)備試驗(yàn)可以在不需要斷電的情況下，根據(jù)其電阻片中阻性電流的變化趨勢(shì)來(lái)了解電阻片的老化以及損壞情況，這是帶電運(yùn)行測(cè)試無(wú)與倫比的巨大優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于帶電運(yùn)行測(cè)試最難解決的問(wèn)題就是附近其它帶電設(shè)備對(duì)于測(cè)試結(jié)果的干擾。設(shè)備帶電運(yùn)行模式測(cè)試中，常常會(huì)由于避雷器安裝排列的差異，導(dǎo)致出現(xiàn)影響試驗(yàn)結(jié)果的阻性電流非正值，三相阻性電流值差別比較大，和產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)的值也有很大的差別。很容易得到一個(gè)結(jié)論就是該方法經(jīng)過(guò)測(cè)量試驗(yàn)得到的阻性電流值并不準(zhǔn)確。按照理論，阻性泄露電流應(yīng)當(dāng)占到總電流的百分之十至百分之二十，很明顯會(huì)與該帶電測(cè)量方法得到的測(cè)量結(jié)果相沖突。對(duì)于完善帶電運(yùn)行測(cè)試模式很多專(zhuān)家學(xué)者做了很多的試驗(yàn)和研究，也作出的不可磨滅的貢獻(xiàn)，筆者在這里主要對(duì)避雷器阻性電流測(cè)量方法改進(jìn)進(jìn)行研究，并提出實(shí)際相角法的新方法。

1 避雷器阻性電流測(cè)量原理與特性

1.1 氧化鋅避雷器原理結(jié)構(gòu)與工作特性

氧化鋅避雷器是一類(lèi)先進(jìn)的保護(hù)型電器，它的主要結(jié)構(gòu)閥片是以氧化鋅為關(guān)鍵材料，輔以多種金屬金屬材料高溫?zé)Y(jié)制造而成。氧化鋅避雷器簡(jiǎn)稱(chēng)MOA，它具有較為不錯(cuò)的非線(xiàn)性性質(zhì)、殘留電壓低、通流容量巨大等頗為優(yōu)異的特性，在正常工作電壓下，避雷器閥片的電阻很大，幾乎可以視為絕緣體，而在大電壓的沖擊下可以在很短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整到低電阻狀態(tài)下被擊穿，大電流得到釋放后又可以極快的恢復(fù)到高電阻狀態(tài)，所以在實(shí)際中氧化鋅避雷器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，避免線(xiàn)路及設(shè)備受到電壓危害。由于氧化鋅避雷器的種種優(yōu)點(diǎn)，它被普遍地應(yīng)用在各個(gè)電力系統(tǒng)中并具有非常好好的經(jīng)濟(jì)效益。圖1為氧化鋅避雷器等值電路。

1.2 測(cè)量原理

當(dāng)氧化鋅避雷器老化或損壞時(shí)，往往會(huì)發(fā)生其阻性電流增大的現(xiàn)象。所以在實(shí)際的運(yùn)行工作中，測(cè)試人員常常根據(jù)用電設(shè)備在正常電壓工作的條件下阻性電流的變化趨勢(shì)來(lái)對(duì)氧化鋅避雷器的性能進(jìn)行評(píng)估。

近些年RCD-4型阻性電流測(cè)量?jī)x是實(shí)際工作中使用最為頻繁的測(cè)量?jī)x器，這種儀器測(cè)量氧化鋅避雷器阻性電流的測(cè)量原理是選取對(duì)象（氧化鋅避雷器）的電流信號(hào)總和，然后再測(cè)量一個(gè)與被測(cè)量氧化鋅避雷器兩邊電壓同相的電流信號(hào)?？傠娏餍盘?hào)Ix基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影就可以表示為被測(cè)量氧化鋅避雷器的阻性電流，如圖2。

由于RCD-4型阻性電流測(cè)量?jī)x測(cè)量回路中輸入的電流阻抗相對(duì)而言較小，把電流測(cè)量?jī)x用于測(cè)量的探頭連接在放電計(jì)數(shù)器兩端就可以測(cè)量出總電流信號(hào)I1，這種測(cè)量方法十分簡(jiǎn)便且具有唯一性。

測(cè)量電壓信號(hào)U1的方法大致分為三種：

（1）從標(biāo)準(zhǔn)電壓（220V）的電源上測(cè)得電壓信號(hào)U1，這種方法稱(chēng)之為電源法。

（2）在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得一個(gè)感應(yīng)電壓U1，稱(chēng)之為感應(yīng)法

（3）在電壓互感器2次繞組中測(cè)得電壓U1，這種方法稱(chēng)之為PT法。在這三種方法中最為簡(jiǎn)單且便于實(shí)施的方法是電源法，而且電源法具有危險(xiǎn)性低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在實(shí)際測(cè)量中得到了普遍的運(yùn)用，接線(xiàn)方法見(jiàn)圖3。

1.3 三次諧波法的分析及實(shí)現(xiàn)

因?yàn)樵诰€(xiàn)測(cè)試當(dāng)中，一般要在PT上引用電壓的信號(hào)作為參考，導(dǎo)致測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果容易因?yàn)镻T角差而產(chǎn)生誤差。三次諧波法無(wú)需引入PT上的電壓信號(hào)作參考，而且試驗(yàn)方法較為簡(jiǎn)單便捷，但是三次諧波法也有明顯的缺點(diǎn)，使三次諧波法沒(méi)有得到普遍的應(yīng)用，主要的缺點(diǎn)：a.不同氧化鋅避雷器的閥片，它的阻性電流最大值和三次分量相互間的函數(shù)關(guān)系互有差異，哪怕相同的閥片在不同的使用階段也會(huì)發(fā)生變化，所以測(cè)試中結(jié)果的準(zhǔn)確程度難以得到保證。b.如果母線(xiàn)中也含有三次諧波的分量，這種方法就無(wú)法消除這些三次諧波分量對(duì)測(cè)試的干擾，最終也影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在當(dāng)前條件下，產(chǎn)生的解決這種問(wèn)題的方法是三次諧波補(bǔ)償法，新增了更多的電場(chǎng)探頭，使得電網(wǎng)中的三次諧波對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果造成的誤差得到了補(bǔ)償，測(cè)試方法也十分的便捷。

圖4為三次諧波阻性電流分量測(cè)量。

2 傳統(tǒng)阻性電流測(cè)量方法的弊端

筆者曾在單位管內(nèi)10千伏石巴貫通線(xiàn)路上對(duì)進(jìn)行氧化鋅避雷器不斷電測(cè)試的試驗(yàn)中出現(xiàn)一些氧化鋅避雷器阻性電流產(chǎn)生非正值的特殊現(xiàn)象。在此試驗(yàn)中所采用的儀器是正規(guī)的避雷器通電測(cè)試儀，所采用的方法是自動(dòng)邊補(bǔ)的測(cè)試方法，這種方法已經(jīng)考慮了氧化鋅避雷器三相互相之間的影響，而且對(duì)其進(jìn)行了補(bǔ)償，但是測(cè)試結(jié)果中氧化鋅避雷器的阻性電流仍然產(chǎn)生了非正值，這表明在進(jìn)行氧化鋅避雷器帶電測(cè)試中還受到了其他因素的較強(qiáng)影響。

傳統(tǒng)阻性電流測(cè)量方法主要存在的問(wèn)題主要是兩個(gè)方面：

2.1 傳統(tǒng)阻性電流測(cè)試方法無(wú)法直接依據(jù)理論進(jìn)行判斷

工作狀態(tài)正常的氧化鋅避雷器阻性泄露電流應(yīng)當(dāng)占到總電流的百分之十至百分之二十，當(dāng)阻性泄露電流占總電流的比例增加并且超出這一范圍時(shí)，可以判斷出該避雷器的工作狀態(tài)出現(xiàn)了故障。但是傳統(tǒng)阻性電流測(cè)量方法是分析角度的變化來(lái)對(duì)避雷器工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定的，并沒(méi)有辦法依據(jù)理論來(lái)對(duì)避雷器工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定。而且傳統(tǒng)測(cè)量方法也沒(méi)有明確的規(guī)定角度變化與避雷器工作狀態(tài)之間的具體變化關(guān)系，在實(shí)際測(cè)試中會(huì)有可能會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤的情況。

2.2 傳統(tǒng)阻性電流測(cè)量方法的測(cè)試結(jié)果中可能會(huì)產(chǎn)生非正值

避雷器的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，存在著非常多的干擾因素，對(duì)電壓、電流等可能會(huì)造成影響。比較重要的干擾因素有：避雷器電壓可能會(huì)有波動(dòng)；濕度、銹蝕、表面污垢、溫度等對(duì)于避雷器阻性泄漏電流的干擾；附近帶電體也可能會(huì)對(duì)測(cè)量造成干擾，使得測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。當(dāng)避雷器的帶電測(cè)量被附近帶電體干擾時(shí)，哪怕三支氧化鋅避雷器的帶電特性非常接近，得到的測(cè)量結(jié)果中阻性電流基波大小也可能存在很大的差異，給判斷其工作狀態(tài)以及劣化成都造成了困難。而且在實(shí)際中，近些年來(lái)避雷器的排列方式不僅僅只是以“一”字形進(jìn)行排列，大部分排列方式都是“/”“～”等型進(jìn)行排列，這使得附近帶電體對(duì)阻性電流的帶電測(cè)量影響更為明顯，測(cè)試結(jié)果中可能會(huì)產(chǎn)生非正值，使得對(duì)避雷器的實(shí)際狀態(tài)更加難以評(píng)估，顯然用這種傳統(tǒng)方法測(cè)出的阻性電流值并不是準(zhǔn)確的。

3 一種改進(jìn)測(cè)試方法——實(shí)際相角法

3.1 原理設(shè)計(jì)

在現(xiàn)場(chǎng)中氧化鋅避雷器的相間相位差由以前的120度變的不確定，我們以提高試驗(yàn)結(jié)果的判斷更為直接并更為準(zhǔn)確為目標(biāo)，就要想辦法清除負(fù)值，那么我們采用的校正角就需要用實(shí)際相角的差值來(lái)進(jìn)行判斷。因?yàn)楫?dāng)氧化鋅避雷器安裝部位確定了后，試驗(yàn)所受到的其他因素的影響也基本確定了下來(lái)。實(shí)際相角法就是在設(shè)備安裝運(yùn)行后假設(shè)a，b，c間運(yùn)行無(wú)明顯問(wèn)題，在進(jìn)行校正后對(duì)其阻性電流以及實(shí)際的相間相位差進(jìn)行測(cè)量，然后在半年后把上次測(cè)量得到的實(shí)際相角差作為校正角來(lái)更為準(zhǔn)確的測(cè)量出其阻性電流大小，這樣就達(dá)成了以阻性電流的變化趨勢(shì)來(lái)評(píng)估氧化性避雷器性能得目的，實(shí)踐中該方法步驟如下：

第一次測(cè)試：將各相都用85度來(lái)校正，例如測(cè)量A相時(shí)，測(cè)得A相氧化鋅避雷器總電流IxA，并測(cè)出IA與電壓信號(hào)的夾角，通過(guò)85度校正測(cè)出其阻性電流IR1p（A1），通過(guò)該方法再分別測(cè)出B相、C相阻性電流IR1p（B1）、IR1p（C1），并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以保存，將來(lái)可以用于判斷氧化鋅避雷器運(yùn)行的好壞，通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算也可以算出A與B的實(shí)際相角差和B與C的是實(shí)際相角差。

第二次測(cè)試：選取B相氧化鋅避雷器總電流IxB用于測(cè)出IB和電壓的夾角φU-I，接著將B相校正角φ0（B）=85°-φU-I引入儀器當(dāng)中，從而得到了B相阻性電流值IR1p（B）。A相氧化鋅避雷器的總電流IxA，通過(guò)各相角聯(lián)系求出A相氧化鋅避雷器校正角，引入儀器中可以得出A相阻性電流值IR1P（A），同樣方法測(cè)出氧化鋅避雷器C相阻性電流值IR1P（C），這個(gè)時(shí)候就可以將IR1P（A）、IR1p（B）、IR1P（C）與原始阻性電流值IR1p（A1）、IR1p（B1）、IR1p（C1）放在一起對(duì)比，依據(jù)理論可以判斷氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)。φ0（A）

3.2 實(shí)驗(yàn)效果

筆者這兩年來(lái)將本文所講的實(shí)際相角法運(yùn)用于許多正常工作的氧化鋅避雷器阻性電流不斷電測(cè)試試驗(yàn)當(dāng)中，試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)際相角法的確成功的解決了阻性電流測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)非正值的問(wèn)題，而且其測(cè)量結(jié)果也準(zhǔn)確的評(píng)估了氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，這種測(cè)量方法具有安全、高效、準(zhǔn)確、便捷等優(yōu)點(diǎn)。表1為對(duì)10kV石巴貫通線(xiàn)路氧化性避雷器與10kV石瓷貫通線(xiàn)路氧化鋅避雷器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并將實(shí)際相角法與原有的電源法測(cè)試結(jié)果作比較。

2015年9月23日，對(duì)10kV瓷烏貫通線(xiàn)路氧化鋅避雷器運(yùn)用了實(shí)際相角法進(jìn)行帶電測(cè)試，結(jié)果很明顯的表明C相氧化鋅避雷器測(cè)得的阻性電流超過(guò)了2014年測(cè)量的阻性電流值3倍，總電流中的阻性電流占有比例也同樣大幅度提高了，通過(guò)觀(guān)察結(jié)果運(yùn)用理論分析得出這個(gè)氧化鋅避雷器存在著問(wèn)題，表2為該次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。

需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，在做現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的過(guò)程中必須要考慮到三相電流、三相電壓以及接觸不良等因素可能對(duì)測(cè)試結(jié)果造成不良的影響，當(dāng)電源電壓每次測(cè)試不是同向的時(shí)候，因?yàn)殡娫措妷合嚅g的相位差是120°，就可以加減120°進(jìn)行換算，或者也能更換另一相電源。另外，臨近線(xiàn)路帶電與否也會(huì)一定程度上影響到氧化鋅避雷器阻性電流的測(cè)量準(zhǔn)確性，經(jīng)過(guò)筆者多次試驗(yàn)得出，臨近線(xiàn)路帶電與否對(duì)于測(cè)量中阻性電流的大小有百分之十五以?xún)?nèi)的影響，這種大小的誤差在實(shí)際運(yùn)行中是可以被允許的，我們依然足以對(duì)氧化鋅避雷器工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，并且也可以在測(cè)量中記錄下臨近線(xiàn)路帶電與否來(lái)減小結(jié)果誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)氧化鋅避雷器阻性電流測(cè)量方法的弊端嚴(yán)重影響到了其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，而實(shí)際相角法將傳統(tǒng)的以相角的不同變化來(lái)評(píng)估氧化鋅避雷器劣化的方法提升為更為直觀(guān)的利用阻性電流變化趨勢(shì)來(lái)評(píng)估氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，真實(shí)的表現(xiàn)出氧化鋅避雷器的阻性電流值，解決了一直以來(lái)傳統(tǒng)測(cè)試方法中突出的阻性電流負(fù)值的問(wèn)題，使得反映工作中的氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)更為準(zhǔn)確，并且真實(shí)可靠有實(shí)際運(yùn)用的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]彭倩，黃治華，曹永興，薛桅，甘德剛，廖卉芬.基于無(wú)線(xiàn)同步技術(shù)的氧化鋅避雷器帶電檢測(cè)系統(tǒng)[J].電瓷避雷器，2014（06）：99-103+108.

[2]汲勝昌，楊蘭均，李彥明，張偉政，王錫文，彭家立.在線(xiàn)監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器的容性電流補(bǔ)償法[J].高電壓技術(shù)，2000（04）：16-18+21.

[3]嵇麗明，徐翀，柯明生，潘海蘭，邱崑，董樹(shù)禮，汪楨毅，童志明.氧化鋅避雷器無(wú)線(xiàn)帶電診斷技術(shù)的推廣與應(yīng)用[J].高壓電器，2013（11）：133-138+144.

[4]楊萍.基于無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)难趸\避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2008.

[5]張柯.氧化鋅避雷器阻性電流在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2003.

[6]萬(wàn)四維.氧化鋅避雷器缺陷與阻性電流的分析探討[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008（02）：6-8.

作者單位

神華包神鐵路有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017000