氧化锌避雷器带电测试方法研究
孙海龙
（富春江水力发电厂，浙江 桐庐 311504）
摘 要：氧化锌避雷器在电网中有着重要的作用，带电测试运行电压下的全电流、阻性电流、相位角能直接反映避雷器的运行状况，方法简单，数据准确。本文对氧化锌避雷器带电测试的原理及方法进行了分析研究，介绍了常用的几种电压采样方法。对测试结果的判断提出建议。
关键词：氧化锌避雷器；带电测试；方法
中图分类号：TM83 文献标志码：B
1. 前言
避雷器是一种重要的过电压保护装置，是电力系统安全运行的有力保障，其中，氧化锌避雷器由于其具有优良的非线性和大通流容量等优点，在电网中广泛应用。氧化锌避雷器预防性试验一般采用停电后直流泄漏电流1mA 下的电压测量及75%U1mA泄漏电流测量，要求泄漏电流不大于50μA 。电力系统中氧化锌避雷器数量逐渐增多，停电检修工作量越来越大。随着国民经济的不断发展，对供电可靠性的要求越来越高，状态检修的发展势在必行。氧化锌避雷器带电测试在状态检修工作中，显示出它的巨大优势，避免了通常预试工作中试验周期间隔时间长，预试试验施加电压较低，试验条件与运行状态相差较大的缺点。
2. 氧化锌避雷器原理
氧化锌避雷器简称MOA ，它是由氧化锌阀片叠装而成的，完全取消了间隙，解决了传统避雷器的间隙放电时限和放电稳定性所引起的各种问题。而氧化锌阀片又是以氧化锌为主并掺以其它微量金属氧化物烧结而成的，当施加电压时，电压几乎全部加在晶界层上，使MOA 中流过的电流很小，当电压升高时，晶界层又从高阻变低阻，能形成很大的通流量。
3. 氧化锌避雷器带电测试方法
带电测试仪器主要是在运行电压下对氧化锌的全电流、阻性电流、容性电流、相位角进行测量。正常情况下，流过避雷器的主要电流为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10％-20％左右。但当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。
3.1 测试原理
氧化锌避雷器MOA 运行参数可简化等效为一个可变电阻和一个不变电容的并联电路。MOA 在运行电压作用下，其氧化锌电阻片会逐渐老化，或者由于密封失效受潮，导致阻性电流增大，因此，通过测量MOA 阻性电流的变化，就可以了解MOA 的运行状况。MOA 带电测试是通过专用的阻性电流测量仪获得MOA 运行时的全电流IX ，以MOA 端电压U 为基准向量，通过比较Ix 与U 的相位，将Ix 中阻性分量IR 与容性分量Ic 分离出来，从而根据阻性分量IR 的变化来判断MOA 的运行状况。将试验设备的电流回路并联于MOA 泄漏电流监控仪两端，因监控仪内阻较大，故可不计分流，即可获得MOA 的全电流。
3.2 电压采样有线传输
采用PT 二次电压做参考测量阻性电流，这是目前精确度最好的方法。将试验设备电压回路并联接到被测相母线PT 二次电压端子上，可获得母线电压的相位。可直接取三相电压，也可取单相电压在仪器内部设置为单相参考电压。测量接线减图1。
图1 三相测量有线传输接线示意图
电流测量线按正确相序连接，用电缆连接主机和隔离器。PT 取参考电压，单相参考电压接隔离器A(黄) 通道，三相对应接A(黄)B(绿)C(红) 。
3.3 电压采样无线传输
现场测试时因地形原因，或电压互感器较远采样电缆太长，磁场干扰等因素，使有线传输极为不便。避雷器较多时，多次从压变处取采样电压也有一定的风险。这是可采用电压信号无线传输方式。测量接线见图2。
图2 三相测量无线传输接线示意图
无线发射时应可靠连接PT 二次侧连接线，插入发射天线，开启发射开关。无线发射时隔离器可以放到PT 接线箱上方以提高高度，增加距离。天线应垂直向上，不要靠近金属物体。一般200米左右变电站一处电压采样即可对站内所有避雷器进行全电流的测量分析。
3.4 检修电源电压采样
有的避雷器原理PT ，且中间遮挡物太多。造成采样电压有线、无线方式均无法测量。可选择电源相移补偿方式，测量接线见图3。
图3 电源相移补偿接线示意图
电源相移补偿方式是使用检修电源或220V 电源电压做参考，参考电压与母线电压之间存在一个固定相移。电压等级越高该相移越大，其原因在于每经过一级变压器其输出电压相位有一定滞后。经过的变压器级数越多，滞后越大，一般
220kV 只有1°，550kV 可能高达5°。该相移是影响测量精度的主要来源，因此要求测量出该相移并置入仪器。方法是用PT 信号做参考，选取正常合格避雷器进行测量，然后改用检修电源或220V 电源做参考，调整该角度，使仪器显示角度与PT 二次做参考一致即可。如果不同变电站的相移不同，则需要记录，并采用各自的相移参数。
4. 氧化锌避雷器带电测试角度补偿
测量三相氧化锌避雷器时，由于相间干扰影响，A 、C 相电流相位都要向B 相方向偏移，一般偏移角度2°～4°左右，这导致A 相阻性电流增加，C 相变小甚至为负。相间干扰向量图见图4。
图4 相间干扰
自动边补（边相补偿）原理是：假定B 相对A 、C 影响是对称的，测量出Ic 超前Ia 的角度Φca，A 相补偿Φ0a=（Φca-120°）/2，C 相补偿Φ0c= -（Φca -120°）/2。
现场的干扰可能是复杂的，如果不能进行合理补偿，则建议记录没有补偿的原始数据，考查数据的变化趋势。
5. 氧化锌避雷器带电测试结果判断
5.1 根据阻性电流判断
测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较，有明显变化时应加强监测，当阻性电流增加1倍时，应停电检查。
5.2 根据电流超前电压角度判断
Φ=0~74.99° 避雷器结论：劣
Φ=75~76.99° 避雷器结论：差
Φ=77~79.99° 避雷器结论：中
Φ=80~82.99° 避雷器结论：良
Φ=83~87.99° 避雷器结论：优
Φ≥88° 避雷器结论：有干扰
6. 氧化避雷器带电测试注意事项
不同生产厂家，对同一电压等级的MOA 在同一运行电压下测得的泄漏电流值差别很大，不应用泄漏电流的绝对值作为判定MOA 质量状况的依据，而应与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。
在带电测试时，对发现异常的避雷器，应立即用红外热像仪对避雷器进行温度检测。运行中避雷器各节温度应无明显差异。温度差1℃以上即认为避雷器有问题，需进一步查找处理。
在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，建议停电作直流试验，测量直流1mA 参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以确诊氧化锌避雷器是否存在绝缘缺陷等问题。
7. 结论
电力设备的检修由过去的计划检修向状态检修发展势在必行，对氧化锌避雷器进行带电测试是十分必要的。它的测试方法简单方便，试验数据稳定，能够反应氧化锌避雷器的绝缘状况。应根据现场的实际情况选择适合的试验方法，对测量数据也应根据现场进行综合判断。带电测试有问题的避雷器可以结合红外线测温及停电后的直流试验进行进一步的判断分析。
参考文献
［1］ 李建明，朱康． 高压电气设备试验方法[M]．北京：中国电力出版社，2007． ［2］ 陈化钢． 电气设备预防性试验方法[M]．北京：水利电力出版社，1994． ［3］ 国家电网公司人力资源部组． 电气试验[M] ．北京：中国电力出版社，2010．
［4］ 中国电力企业联合会． GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M] ．北京：中国计划出版社，2006．
孙海龙
1975—，男，助理工程师
1993年毕业于南京电力高等专科学校，从事高电压试验、变配
电检修工作，近期重点研究高电压试验技术在发供电系统中的
应用。
氧化锌避雷器带电测试方法研究
孙海龙
（富春江水力发电厂，浙江 桐庐 311504）
摘 要：氧化锌避雷器在电网中有着重要的作用，带电测试运行电压下的全电流、阻性电流、相位角能直接反映避雷器的运行状况，方法简单，数据准确。本文对氧化锌避雷器带电测试的原理及方法进行了分析研究，介绍了常用的几种电压采样方法。对测试结果的判断提出建议。
关键词：氧化锌避雷器；带电测试；方法
中图分类号：TM83 文献标志码：B
1. 前言
避雷器是一种重要的过电压保护装置，是电力系统安全运行的有力保障，其中，氧化锌避雷器由于其具有优良的非线性和大通流容量等优点，在电网中广泛应用。氧化锌避雷器预防性试验一般采用停电后直流泄漏电流1mA 下的电压测量及75%U1mA泄漏电流测量，要求泄漏电流不大于50μA 。电力系统中氧化锌避雷器数量逐渐增多，停电检修工作量越来越大。随着国民经济的不断发展，对供电可靠性的要求越来越高，状态检修的发展势在必行。氧化锌避雷器带电测试在状态检修工作中，显示出它的巨大优势，避免了通常预试工作中试验周期间隔时间长，预试试验施加电压较低，试验条件与运行状态相差较大的缺点。
2. 氧化锌避雷器原理
氧化锌避雷器简称MOA ，它是由氧化锌阀片叠装而成的，完全取消了间隙，解决了传统避雷器的间隙放电时限和放电稳定性所引起的各种问题。而氧化锌阀片又是以氧化锌为主并掺以其它微量金属氧化物烧结而成的，当施加电压时，电压几乎全部加在晶界层上，使MOA 中流过的电流很小，当电压升高时，晶界层又从高阻变低阻，能形成很大的通流量。
3. 氧化锌避雷器带电测试方法
带电测试仪器主要是在运行电压下对氧化锌的全电流、阻性电流、容性电流、相位角进行测量。正常情况下，流过避雷器的主要电流为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10％-20％左右。但当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。
3.1 测试原理
氧化锌避雷器MOA 运行参数可简化等效为一个可变电阻和一个不变电容的并联电路。MOA 在运行电压作用下，其氧化锌电阻片会逐渐老化，或者由于密封失效受潮，导致阻性电流增大，因此，通过测量MOA 阻性电流的变化，就可以了解MOA 的运行状况。MOA 带电测试是通过专用的阻性电流测量仪获得MOA 运行时的全电流IX ，以MOA 端电压U 为基准向量，通过比较Ix 与U 的相位，将Ix 中阻性分量IR 与容性分量Ic 分离出来，从而根据阻性分量IR 的变化来判断MOA 的运行状况。将试验设备的电流回路并联于MOA 泄漏电流监控仪两端，因监控仪内阻较大，故可不计分流，即可获得MOA 的全电流。
3.2 电压采样有线传输
采用PT 二次电压做参考测量阻性电流，这是目前精确度最好的方法。将试验设备电压回路并联接到被测相母线PT 二次电压端子上，可获得母线电压的相位。可直接取三相电压，也可取单相电压在仪器内部设置为单相参考电压。测量接线减图1。
图1 三相测量有线传输接线示意图
电流测量线按正确相序连接，用电缆连接主机和隔离器。PT 取参考电压，单相参考电压接隔离器A(黄) 通道，三相对应接A(黄)B(绿)C(红) 。
3.3 电压采样无线传输
现场测试时因地形原因，或电压互感器较远采样电缆太长，磁场干扰等因素，使有线传输极为不便。避雷器较多时，多次从压变处取采样电压也有一定的风险。这是可采用电压信号无线传输方式。测量接线见图2。
图2 三相测量无线传输接线示意图
无线发射时应可靠连接PT 二次侧连接线，插入发射天线，开启发射开关。无线发射时隔离器可以放到PT 接线箱上方以提高高度，增加距离。天线应垂直向上，不要靠近金属物体。一般200米左右变电站一处电压采样即可对站内所有避雷器进行全电流的测量分析。
3.4 检修电源电压采样
有的避雷器原理PT ，且中间遮挡物太多。造成采样电压有线、无线方式均无法测量。可选择电源相移补偿方式，测量接线见图3。
图3 电源相移补偿接线示意图
电源相移补偿方式是使用检修电源或220V 电源电压做参考，参考电压与母线电压之间存在一个固定相移。电压等级越高该相移越大，其原因在于每经过一级变压器其输出电压相位有一定滞后。经过的变压器级数越多，滞后越大，一般
220kV 只有1°，550kV 可能高达5°。该相移是影响测量精度的主要来源，因此要求测量出该相移并置入仪器。方法是用PT 信号做参考，选取正常合格避雷器进行测量，然后改用检修电源或220V 电源做参考，调整该角度，使仪器显示角度与PT 二次做参考一致即可。如果不同变电站的相移不同，则需要记录，并采用各自的相移参数。
4. 氧化锌避雷器带电测试角度补偿
测量三相氧化锌避雷器时，由于相间干扰影响，A 、C 相电流相位都要向B 相方向偏移，一般偏移角度2°～4°左右，这导致A 相阻性电流增加，C 相变小甚至为负。相间干扰向量图见图4。
图4 相间干扰
自动边补（边相补偿）原理是：假定B 相对A 、C 影响是对称的，测量出Ic 超前Ia 的角度Φca，A 相补偿Φ0a=（Φca-120°）/2，C 相补偿Φ0c= -（Φca -120°）/2。
现场的干扰可能是复杂的，如果不能进行合理补偿，则建议记录没有补偿的原始数据，考查数据的变化趋势。
5. 氧化锌避雷器带电测试结果判断
5.1 根据阻性电流判断
测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较，有明显变化时应加强监测，当阻性电流增加1倍时，应停电检查。
5.2 根据电流超前电压角度判断
Φ=0~74.99° 避雷器结论：劣
Φ=75~76.99° 避雷器结论：差
Φ=77~79.99° 避雷器结论：中
Φ=80~82.99° 避雷器结论：良
Φ=83~87.99° 避雷器结论：优
Φ≥88° 避雷器结论：有干扰
6. 氧化避雷器带电测试注意事项
不同生产厂家，对同一电压等级的MOA 在同一运行电压下测得的泄漏电流值差别很大，不应用泄漏电流的绝对值作为判定MOA 质量状况的依据，而应与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。
在带电测试时，对发现异常的避雷器，应立即用红外热像仪对避雷器进行温度检测。运行中避雷器各节温度应无明显差异。温度差1℃以上即认为避雷器有问题，需进一步查找处理。
在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，建议停电作直流试验，测量直流1mA 参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以确诊氧化锌避雷器是否存在绝缘缺陷等问题。
7. 结论
电力设备的检修由过去的计划检修向状态检修发展势在必行，对氧化锌避雷器进行带电测试是十分必要的。它的测试方法简单方便，试验数据稳定，能够反应氧化锌避雷器的绝缘状况。应根据现场的实际情况选择适合的试验方法，对测量数据也应根据现场进行综合判断。带电测试有问题的避雷器可以结合红外线测温及停电后的直流试验进行进一步的判断分析。
参考文献
［1］ 李建明，朱康． 高压电气设备试验方法[M]．北京：中国电力出版社，2007． ［2］ 陈化钢． 电气设备预防性试验方法[M]．北京：水利电力出版社，1994． ［3］ 国家电网公司人力资源部组． 电气试验[M] ．北京：中国电力出版社，2010．
［4］ 中国电力企业联合会． GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M] ．北京：中国计划出版社，2006．
孙海龙
1975—，男，助理工程师
1993年毕业于南京电力高等专科学校，从事高电压试验、变配
电检修工作，近期重点研究高电压试验技术在发供电系统中的
应用。