基于正反接線原理的避雷器真泄漏電流量測方法

李 飛，耿 寧，劉 林，岳增偉，韓雪姣，趙 雷

（1.國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255000；2.汕頭大學(xué)，廣東 汕頭 515000）

0 引言

氧化鋅避雷器是電網(wǎng)運行中應(yīng)用普遍的過電壓保護裝置，它為系統(tǒng)因雷擊、諧波和操作等因素產(chǎn)生的各種過電壓提供泄流通道，是電力設(shè)備的過電壓“保護神”［1-12］。避雷器運行環(huán)境惡劣，覆蓋從高原到平原、從寒帶到熱帶、從干旱到潮濕等所有的運行條件，近幾年，特別是在風(fēng)電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)能量密集的地方，能量的忽高忽低造成電網(wǎng)波動嚴(yán)重，避雷器的正常運行具有更現(xiàn)實的意義。

對于避雷器而言，監(jiān)測其運行狀態(tài)的方法包括紅外測溫、阻性電流監(jiān)測和停電試驗，然而，紅外測溫發(fā)現(xiàn)的多數(shù)異常避雷器在停電后試驗、解體未見明顯異常，阻性電流監(jiān)測由于相位角度測量不準(zhǔn)，造成誤差較大，監(jiān)測效果整體不理想，具有最佳檢測效果的是停電試驗中的避雷器泄漏電流測試，泄漏電流異常的避雷器經(jīng)過解體驗證后均存在受潮等缺陷［13-15］。限于在運避雷器的工作條件，在變電站停電后，避雷器無法單獨拆卸試驗，其他電力設(shè)備不僅嚴(yán)重干擾了所施加的1 mA 電流值，而且影響了泄漏電流測試值的準(zhǔn)確性，無法真實反映避雷器的真實絕緣狀態(tài)，因此，如何測試獲取避雷器真泄漏電流數(shù)值具有現(xiàn)實意義。

分析停電現(xiàn)場避雷器泄漏電流檢測存在的固有問題，參考正反接線對介質(zhì)損耗測試的影響定義了“真泄漏電流”概念，提出基于正反接線原理改變電流表檢測位置以獲取真泄漏電流，最終通過試驗驗證了所提方法的有效性。

1 泄漏電流測量問題

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司變電檢測通用管理規(guī)定》和Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》，110～750 kV 避雷器每隔3 年必須開展一次直流1 mA 電壓（U1mA）及在0.75U1mA下泄漏電流測量工作，在有限的變電站空間中，保證安全絕緣距離的前提下，避雷器、GIS、變壓器、互感器等設(shè)備緊湊、集中安裝在一起，這種設(shè)備布置方式容易產(chǎn)生設(shè)備間耦合電容，給停電試驗工作帶來了諸多不便。特別是避雷器0.75U1mA下泄漏電流的測量工作，由于拆頭懸空引線、兩側(cè)的避雷器或者架構(gòu)、互感器、隔離開關(guān)、變壓器等設(shè)備耦合因素影響較大，現(xiàn)行的試驗方法為避雷器施加直流1 mA 電壓（U1mA）、0.75U1mA下的泄漏電流均是不準(zhǔn)確的，具有很大誤差，試驗人員不能準(zhǔn)確判斷避雷器絕緣裂化程度。

2 真泄漏電流

變壓器、互感器等設(shè)備必須定期開展介質(zhì)損耗測試工作，多年以來，介質(zhì)損耗測試的方法主要包括正接線和反接線兩種，如圖1所示。正接線時被試品懸空，既有HV 加壓線，又有CX 電流取樣線，反接線時被試品一端接地，僅在高壓端施加HV 加壓線。正接線測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，受干擾的影響小，更沒有負(fù)介損值的出現(xiàn)，反接線測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，經(jīng)常受到現(xiàn)場其他設(shè)備干擾，更有甚者出現(xiàn)負(fù)介損值。

圖1 介質(zhì)損耗測試接線方法

介質(zhì)損耗測試不同接線的測試機理如圖2所示，在相同的測試環(huán)境下，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度受到電流矢量信號的采集位置影響，正接線時CX 電流線只采集流過被試品的電流矢量信號，反接線時采集流過被試品以及周邊設(shè)備的電流矢量和。

圖2 介質(zhì)損耗測試不同接線的測試機理

基于上述分析，提出“真泄漏電流”概念。所謂真泄漏電流，就是僅僅流過被試避雷器的電流值，不包括流經(jīng)周邊設(shè)備耦合因素的電流值，真泄漏電流值可以準(zhǔn)確反映避雷器絕緣的優(yōu)劣。

3 避雷器泄漏電流測試機理

由于避雷器的非線性特性，可以把避雷器等效為一個非線性電阻和電容并聯(lián)電路，考慮到泄漏電流測試所施加電壓為直流電壓，此時，單支避雷器的等值電路如圖3 所示，電路表達(dá)式遵從歐姆定律

圖3 單支避雷器的等值電路

周圍設(shè)備耦合因素影響下的電路模型如圖4 所示，此時，直流高壓發(fā)生器電流表頭處的總測試電流表達(dá)式為

圖4 周圍設(shè)備耦合因素影響下的電路模型

由式（2）和圖4 可以分析出，直流高壓發(fā)生器電流表頭處顯示的U1mA、0.75U1mA下泄漏電流均不準(zhǔn)確，即在試驗過程中，實際的被試品U1mA下泄漏電流偏小、0.75U1mA下泄漏電流值偏大，兩個數(shù)值的不準(zhǔn)確可能會導(dǎo)致誤判避雷器絕緣狀況的發(fā)生。

4 避雷器真泄漏電流測試機理

截至目前，避雷器的非線性特性是無法被改變的，避雷器在變電站內(nèi)的運行環(huán)境、停電試驗環(huán)境也是無法改善的，因此，為了解決泄漏電流測試不準(zhǔn)的問題，需要探索真泄漏電流測試機理。

基于介質(zhì)損耗正反接線兩種測試機理，提出基于正反接線兩種機理測試避雷器真泄漏電流的方法。鑒于電流表的測量位置不同，正接線測試方法如圖5和圖6 所示。在測試現(xiàn)場，圖5 中斷開避雷器與放電計數(shù)器之間的連接線，將連接線與直流高壓發(fā)生器的下部連接點保持穩(wěn)固連接；圖6中斷開避雷器與放電計數(shù)器之間的連接線，連接線經(jīng)電流表與直流高壓發(fā)生器的下部連接點保持穩(wěn)固連接；此時，上部電流表顯示的數(shù)值為被試品的真泄漏電流和表面泄漏電流之和，下部電流表顯示數(shù)值為被試品的真泄漏電流，在天氣較好的情況下，兩種方法誤差很小，可以忽略。

圖5 避雷器真泄漏電流之正接線測試方法Ⅰ

圖6 避雷器真泄漏電流之正接線測試方法Ⅱ

反接線測試方法如圖7 和圖8 所示，分為非介入式電流獲取方法和介入式電流獲取方法兩種。從現(xiàn)場測試便捷性角度分析，圖7 所示較為可行，在測試現(xiàn)場，無須打開避雷器與放電計數(shù)器之間的連接線，直接將鉗式電流傳感器卡在避雷器與放電計數(shù)器之間的連接線處，讀取鉗型電流傳感器顯示屏處數(shù)值即可獲取被試品的泄漏電流值，此時，顯示屏顯示的是被試避雷器真泄漏電流和表面泄漏電流之和，同理，在天氣較好的情況下，可以忽略誤差。

從準(zhǔn)確度角度分析，圖8 方式更佳，打開避雷器與放電計數(shù)器之間的連接線，將電流表串接于回路內(nèi)部，讀取電流表顯示屏處數(shù)值即可獲取被試品的真泄漏電流值。綜合考慮安全性和準(zhǔn)確性，圖7所示的測量方法更為可取。

圖7 避雷器真泄漏電流之反接線測試方法Ⅰ

圖8 避雷器真泄漏電流之反接線測試方法Ⅱ

5 試驗驗證

為了驗證真泄漏電流測試方法的可行性，開展實驗大廳和現(xiàn)場試驗驗證工作，其過程分別如圖8和圖9所示。

圖9 實驗大廳檢測

在反接線方式下，為了驗證本方法的可行性，使用某一紅外檢測異常的避雷器作為被試品，在直流高壓發(fā)生器上部另外增加一塊電流表，與下部的電流表形成比對。兩塊表的數(shù)值相差很小，但是上部表的數(shù)值仍然大于下部表，這說明即使在實驗大廳，干擾依舊存在，只是很微弱。

在反接線方式下，為了驗證本方法的可行性，選取某110 kV 變壓器中性點處避雷器作為被試品，在直流高壓發(fā)生器上部另外增加一塊電流表，與下部的電流表形成比對。上部電流表顯示1 mA 時，下部萬用表顯示0.937 mA；75%U1mA時，上部表頭顯示0.018 mA 時，下部萬用表顯示0.012 mA，兩種情況下二者數(shù)值差距較大，考慮到中性點處設(shè)備耦合因素干擾嚴(yán)重，最終判定0.012 mA是真泄漏電流。

圖10 現(xiàn)場檢測

6 結(jié)語

為了獲取停電試驗下避雷器的真泄漏電流值，在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上提出基于正反接線原理的避雷器真泄漏電流量測方法。

變電站調(diào)試現(xiàn)場設(shè)備很多，被試避雷器與其他設(shè)備之間存在相互間耦合，削弱了被試避雷器的試驗效果。給出一種解決方法，通過改變被試避雷器測試線的連接方法和電流表的測量位置，準(zhǔn)確高效的獲取避雷器的真泄漏電流，為避雷器泄漏電流現(xiàn)場測試提供了一種新思路，具有現(xiàn)實推廣意義。