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(duì)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(duì)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(duì)測試數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確合理的判斷，這需對(duì)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(duì)測試結(jié)果影響最為嚴(yán)重，在測試現(xiàn)場往往對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)A相的耦合電流IBA與B相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)三相避雷器的耦合電容。考慮相間干擾，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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)測試精度造成影響。同時(shí)污穢對(duì)氧化鋅電阻片的電壓分布有一定的影響，也會(huì)對(duì)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(duì)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)。