• 氧化锌避雷器带电测试方法浅析 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    由于氧化物避雷器老化或受潮所表现出来的电气特征均是阻性电流增大, 故把测量运行电压下氧化物避雷器阻性电流作为一种重要的监测手段亦越来越为人们所重视。文章对氧化锌避雷器在线测试方法进行了阐述,并对其优缺点进行了分析。

    关键词氧化锌避雷器;带电;测试

    0 前言

    近年来,金属氧化物避雷器(MOA) 以其优异的技术性能逐渐取代了其他类型的避雷器,成为电力系统的换代保护设备。由于 MOA 没有放电间隙,氧化锌电阻片长期承受运行电压,并有泄漏电流不断流过 MOA 各个串联电阻片,此电流的大小取决于 MOA 热稳定性和电阻片的老化程度。如果 MOA在动作负载下发生劣化,将会使其对地绝缘水平降低,泄漏电流增大,直至发展成为 MOA 的击穿损坏。因此,运行电压下的氧化锌避雷器现场带电测试越来越受到重视。

    1 MOA 正常运行电压下的泄漏电流分析

    MOA 的等效电路如图 1 所示,图 2为 MOA 的电压电流相量图。由图可知MOA 由非线性电阻 R 和电容 C 并联组成。其中 IX为 MOA 的总泄漏电流,IR为阻性电流,澳门永利唯一登入网址,澳门永利官网登录,澳门永利官方客服IC为容性电流。

    由图1 可知,正常运行中的 MOA 在交流电压下有

    IX= IRIC

    当氧化锌避雷器受潮、内部绝缘缺陷以及表面严重污秽时,容性电流变化不多,而阻性电流大大增加,因此通常以观察正常运行电压下流过 MOA 阻性电流的变化,即观察阻性泄漏电流是否增大作为判断依据。当氧化锌避雷器处于合适的状况下时,阻性泄漏电流仅占总电流的 10%~20%,因此,仅仅以观察总电流的变化情况来确定氧化锌避雷器阻性电流的变化情况是困难的。只有将阻性泄漏电流从总电流中分离出来,才能清楚地了解它的变化情况。

    图1 MOA 等效电路图

    图2 MOA 电流电压相量图

    2 基于测试 MOA 泄漏电流的带电监测方法

    2.1 监测全电流法

    全电流监测方法主要有两种 安装避雷器监测器和利用高精度钳形电流表。

    (1) 安装避雷器监测器如图3所示,由放电计数器和泄漏电流测量单元组成的避雷器监测器直接与避雷器形成串联回路,此避雷器监测器除了保留放电计数器的功能外,运行中长期

    指示泄露电流值,可以随时读取避雷器的泄露全电流。

    图 3 测量全电流原理图

    (2)利用高精度钳形电流表

    该测试方法是将钳形电流表的嵌口直接嵌在避雷器底部与放电计数器间的连线上就可以测量,钳形电流表是利用电磁感应原理测量电流,外部电磁场对测量结果影响较大,利用该测试方法一定要选用钳形电流表精度应不低于 1μA,且测试过程中应戴绝缘手套。

    监测全电流法主要优点是方法简便,适于在现场大量监测使用,能够及时发现 MOA 的显著劣化状况; 缺点是对发现 MOA 的早期老化很不灵敏。在运行初期,流过正常 MOA 的全电流中,阻性分量仅占全电流的 10%~20%,阻性分量即使已澳门永利唯一登入网址,澳门永利官网登录,澳门永利官方客服有显著增大,在测量全电流的变化仍不明显。

    2.2 补偿法测阻性电流法

    补偿法的原理就是抽取系统电压补偿总泄漏电流中的容性电流分量,以得到阻性电流分量,可用下式表示

    式中,ust为母线参考电压移相90所得,iX为全电流; G为测试仪内增益控制放大器增益。利用此原理制造的测试仪一般工作原理图如图 4 所示。其中,TV 为电压互感器; TA为钳形电流互感器;DF 为移相电路; GCA 为增益控制放大器; I 为积分器; M 为乘法器; PVD 为峰值检测电路。

    图 4 利用补偿原理制造的泄漏测试仪器工作电路示意图

    仪器利用 TA 从MOA 下引线取得电流信号 iX,从TV 取得的电压信号经移相器移相 90后得ust,以使ust与iX中得容性分量 iC同相 (由于 TV 存在一定的角差,实际中ust与iC并非完全同相) ,然后ust经放大器 GCA 后与iX一起送入差分放大器,在放大器内,将 Gust与 iX相减,并由积分器、乘法器组成的自动反馈跟踪,以控制 GCA增益 G,使Gust原iC= 0,即iX中的容性分量被完全补偿掉,剩下的即为阻性分量。

    现场试验发现对单支 MOA 施加波形良好的电压,测得的阻性电流较为精确。但三相运行时,如果三相避雷器一字形安装,则由于相间耦合电容和电磁干扰,使各相避雷器除受本相电压作用外,还通过相间耦合受到相邻相电压的作用,从而影响监测结果的准确性,另外,由于氧化锌阀片非线性支路的交流伏安特性曲线在电压、电流过零的情况下不同程度地存在着滞回现象,这说明在电网电压为正弦函数波形时,流过 MOA的电流波形峰值与电压波形峰值不重合,电流波形呈现奇谐函数的形态,测出的阻性电流存在较大误差,而且补偿法无法补偿系统谐波容性电流,所以补偿法存在着众多缺陷,尤其是对于谐波含量较大的油田电网,测量的阻性电流误差较大。

    2.3谐波分析法

    利用数学谐波分析技术从总泄漏电流中分离出基波阻性电流的方法成为基波阻性电流法,但同理可以从总泄漏电流中分离出 3 次谐波阻性电流,3 次谐波阻性电流在判断 MOA 运行工况方面有着重要的作用,对这种利用数学谐波分析技术从总泄漏电流中分离出基波阻性电流和 3 次谐波阻性电流的方法,称之为谐波分析法。

    此方法从母线电压互感器取参考电压信号,从避雷器下端取电流信号。对采样得到的电压和全电流信号,应用傅里叶变换 (FFT) 转换到频域进行分解,可分别得到 MOA 的阻性电流 IR和容性电流 IC的各次谐波分量,经相应的数据处理后,再返回时域合成得到总泄漏电流 IX和容性电流IC,测量原理如图 5 所示,其中 TA 为嵌入式测量装置。

    图 5 谐波法测量原理图

    在正弦波电压的作用下,根据三角函数正交的特性,可知 MOA 的阻性电流中只有基波电流做功产生功耗,因此 MOA 的热老化主要由阻性电流的基波分量造成,通过傅里叶变换得出的基波阻性电流可有效判断 MOA 的运行工况。实际经验表明,阻性电流的高次谐波在一些情况下更能反映MOA 的运行状况,其中 3 次谐波阻性对温度变化很灵敏,而且 3 次谐波在谐波中占主要分量,对 3次谐波阻性电流的监测更易发现 MOA 的早期绝缘老化,但是 3次谐波阻性电流容易受系统谐波成分的影响。

    已有研究指出 ①阻性电流基波成分增长较大,3次谐波含量增长不明显时,一般表现为污秽严重或受潮。②阻性电流 3 次谐波的含量增长较大,基波成分增长不明显时,一般表现为老化。③相间干扰对测试结果有影响,但不影响测试结果的有效性。采用历史数据的纵向比较,能较好地反映氧化锌避雷器运行情况。

    2.4零序电流法

    零序电流法测量原理如图 6 所示,其中 TA 为小电流传感器。由于 MOA 良好的非线性特性,其全电流中不仅含有基波电流,还含有 3 次、5 次以及更高谐波 ( 5 次谐波含量较少可忽略不及) 。

    图 6 零序电流法测试原理

    零序电流通过 TA 测取,当系统电压不含谐波分量时,三相 MOA 泄漏电流中的基波和 5 次谐波互相抵消,接地线中仅剩下 3 次谐波零序电流 I0,它等于三相 3 次谐波基波阻性电流之和,即 I0=3IR,3 次谐波阻性电流随阻性电流的增加而增加,且总的阻性电流与 3 次谐波分量之间成一定的比例关系,通过检测 3 次谐波阻性电流可以间接推出阻性基波电流以及总的阻性电流。

    在 MOA 正常运行情况下,3 次谐波阻性电流较小,但当一相或者两相避雷器出现故障时,四相电流不平衡,I0零序电流增大,且含有基波成分。此方法实施简单,但当I0有变化时,不易判断出哪一相出现异常,且母线中的谐波电压成分对测量结果造成很大误差,而且不同类型的 MOA老化后的阻性电流高次谐波变化规律不一,难以定量判断 MOA 的老化标准。

    3 基于温度的测试方法

    正常状态下,流过 MOA 的阻性电流较小,整体温澳门永利唯一登入网址,澳门永利官网登录,澳门永利官方客服度基本均匀,由于电压分布问题,中上部阀片温度稍高。当出现过电压时,虽然 MOA 温度可能会升高,但随后会慢慢恢复,但当 MOA 受潮后,在受潮初期,受潮阀片温度升高,严重受潮后,受潮元件自身发热剧增,运行电压大部分由非故障元件承受,使发热超过非故障元件。对于MOA 阀片老化的情况,通常表现为多个元件普遍温升较高的热像特征。

    下表所示为 MOA 正常发热温升上限值。根据MOA 不同情况下的热像特征,可以利用红外线热像仪对 MOA 进行带电测试,当出现不正常的温升即可判断 MOA 异常,相间比较温升相差一倍或绝对温度大于表中给定值时,MOA 可能存在危险故障,应尽快停电处理。红外线热像仪有不受电场干扰的优点,实践证明根据红外热像特征能很灵敏的检测出避雷器异常和故障。因外界光源照射会引起测量误差,故红外测试最好在晚上进行,且应关闭设备区照明,以避免阳光照射引起的局部温升过高和光源中红外线干扰。另外利用声表面波温度传感器采集 MOA 内部热像特征的在线测试技术,在国外已经开发成功,利用此种方法对MOA 有特殊的要求,用于采集温度信号的声表面波温度传感器一般做成阀片形状放于 MOA 阀片中间,因此对于已经投入运行的无声表面波温度传感器的 MOA 无法运用此种在线测试方法。

    表MOA 正常发热温升上限值

    电压等级/kV 10~60 110~220 330~500

    温度上限/益 1.5~2.0 3.0~4.0 4.0~5.3

    4结语

    对于采集电流信号以判断避雷器运行状况的在线检测方式,从以上分析不难看出,使用谐波分析技术监测阻性基波电流和三次谐波阻性电流能更好反映氧化锌避雷器的实际运行工况,对于全电流监测方式,仅能作为一种辅助手段。基于温度全在线测试技术还不成熟。由于红外热像仪有不受电磁场干扰的优点,在测量避雷器全电流、阻性电流等测试手段的基础上,利用红外热像仪器进行测温,将使在线测试更加完善。另外在线测试并不能代替停电下的避雷器直流试验,最终仍以停电试验数据为最终判断依据,决定氧化锌避雷器是否继续投入运行。

    参考文献

    [1]张家安,张武陵,龙继胜.氧化锌避雷器现场带电测试研究[J].武汉电力职业技术学院学报, 2005(1).

    [2]张宏利,等.金属氧化物避雷器检测技术[J].电工技术,2004 (2) .

    [3]方军旗,等.无间隙氧化锌避雷器诊断技术综述[J].电力电气,2005 (1) .

    注文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。




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