關于氧化鋅避雷器帶電測量的探討

 摘要：氧化性避雷器在運行中，由于閥片老化以及經受熱和沖擊破壞會引起故障，必須對其進行及時的預試，而相鄰的電器主設備往往不能及時停運，因而必須采用帶電測量的方法對氧化鋅避雷器進行測量。在測量中，因不能停電，方法不當、外界電磁干擾等因素往往對試驗結果產生很大的影響，采用合理的試驗方法，消除因相鄰設備帶電而帶來的電磁干擾顯得尤為重要。
　　引言
　　氧化鋅避雷器因其*的過電壓保護特性而逐步取代了老式的閥式避雷器，在電力系統中得到廣泛應用。但氧化鋅避雷器閥片老化以及經受熱和沖擊破壞會引起故障，嚴重時可能會導致爆炸，避雷器擊穿還會導致變電站母線短路，影響系統安全運行。因此，必須對運行中的氧化鋅避雷器進行嚴格有效的檢測和定期預防性試驗，開展氧化鋅避雷器在線監測。由于氧化鋅避雷器預試(特別是主變三側避雷器)必須停運主設備，會影響設備的運行可靠性，而且有時受運行方式的限制無法停運主設備，導致避雷器不能按時預試。因此，氧化鋅避雷器的帶電測試與在線監測顯得尤為重要。
　　一、氧化鋅避雷器的工作原理
　　氧化鋅ZnO避雷器是20世紀70年代發展起來的一種新型避雷器，它主要由氧化鋅壓敏電阻構成。每一塊壓敏電阻從制成時就有它的一定開關電壓(叫壓敏電阻)，在正常的工作電壓下(即小于壓敏電壓)壓敏電阻值很大，相當于絕緣狀態，但在沖擊電壓作用下(大于壓敏電壓)，壓敏電阻呈低值被擊穿，相當于短路狀態。然而壓敏電阻被擊狀態，是可以恢復的;當高于壓敏電壓的電壓撤銷后，它又恢復了高阻狀態。因此，在電力線上如安裝氧化鋅避雷器后，當雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，使電源線上的電壓控制在安全范圍內，從而保護了電器設備的安全。
　　二、氧化鋅避雷器帶電測試的理論依據
　　1.氧化鋅避雷器帶電測試的重要性
　　氧化鋅避雷器在運行中由于其閥片老化、受潮等原因，容易引起故障，這將導致主設備得不到保護，嚴重時可能發生爆炸，影響系統的安全運行。而氧化鋅避雷器預試必須停運主設備，會影響設備的運行可靠性，而且有時受運行方式的限制無法停運主設備，導致避雷器不能按時預試。因此，氧化鋅避雷器的帶電測試與在線監測顯得尤為重要。
　　2.氧化鋅避雷器帶電測試的目的
　　利用氧化鋅避雷器的帶電測量，測得避雷器阻性電流與總泄露電流的比值，即氧化鋅避雷器的阻性電流分量，來判斷避雷器的受潮及老化狀況。因氧化鋅避雷器在閥片老化以及經受熱和沖擊破壞以及內部受潮時，氧化鋅避雷器的有功損耗加劇，也即避雷器泄露電流中的阻性電流分量會明顯增大，從而在氧化鋅避雷器內部產生熱量，使得氧化鋅避雷器閥片進一步老化，產生惡性循環，破壞氧化鋅避雷器內部穩定性。通過氧化性避雷器帶電測量有功分量，及時發現有問題的氧化鋅避雷器，將設備故障杜絕在萌芽狀態。
　　3.影響氧化鋅避雷器帶電測試因素
　　影響氧化鋅避雷器帶電測試的因素很多，主要有間隔內相間干擾、測試方法、表面污穢等因素。而表面污穢可以在現場通過對氧化鋅避雷器的表面清潔處理得到解決，這里主要排除間隔內相間干擾、測試方法對測量帶來的影響。
　　三、氧化鋅避雷器帶電測試
　　1.測試方法的選擇
　　氧化鋅避雷器在線檢測試驗中，采用了ZD1試驗儀器，該儀器具備三種功能，分別是：二次電壓參考法、感應法和諧波分析法，其中諧波分析法在實際試驗中極少使用。感應板法因操作安全，方便，快速，經常被采用，但是這種測試方法受電場干擾影響大，且感應板所取信號受感應板位置的影響也很大，所以試驗數據波動性大。二次電壓法需要從與避雷器相應的PT二次取參考電壓，這一試驗方法需要其他班組成員的配合，用該試驗方法獲得的數據很穩定，且于避雷器停運時的數據有可比性，所以，應該成為氧化鋅避雷器在線檢測的最主要方法。
　　以下為感應板法和二次電壓法進行比較的數據(注：比較數據為投運前對避雷器工頻參考電壓下測量的數據)：
　　通過上表的比較可以發現，二次電壓法測得的數據更準確,而感應板法的數據偏大,且A、C兩相的誤差比較大。
　　2.氧化鋅避雷器帶電測試的角度校正
　　一般三相氧化鋅避雷器排列呈一字型，運行中的三相氧化鋅避雷器，通過雜散電容相互作用，使兩邊相避雷器底部總泄漏電流發生相位變化，由于間隔內相間干擾使被測相氧化鋅避雷器的泄漏電流發生變化，會引起被測相氧化鋅避雷器電壓基波與總電流基波φU-Ix 發生變化,氧化鋅避雷器在持續運行電壓下正常運行,因為IR/ IX小于等于25%,故φU-Ix 為80°～85°，φU-Ix如果偏離，則所測參數便偏離真實值，給測量帶來誤差。A,B,C(邊，中，邊)三相氧化鋅避雷器一字形排列，運行時的電流和電壓向量(見圖1)，A,C兩相相對B相的作用是對稱的，相互抵消。因此，在測量B相氧化鋅避雷器時，電流探頭從B相氧化鋅避雷器泄漏電流監測儀取總電流IX信號，電壓探頭與B相PT二次繞組聯接，即可進行測量。
　　測量A相氧化鋅避雷器時,由于B相氧化鋅避雷器對A相氧化鋅避雷器的作用，可以考慮測試前輸入一個校正角度φ0，使測試時的φU-Ix 接近真實值。首先電壓取A相PT二次信號，電流取C相 氧化鋅避雷器電流信號，測φU-Ix記為φC ,然后電流取A相氧化鋅避雷器電流信號，測出φU-Ix記為φA ,此時一切讀數均為氧化鋅避雷器未校正的讀數，IA與IC的夾角為120°，B相對C相的影響和B 相對A相的影響是對稱的，故φOC=-φOA (見圖1)，得：
　　校正角φOA=(φC-φA -120°)/2
　　采用角度校正前后的試驗數據比較如下：
　　根據江蘇省電力公司《江蘇省電力設備交接和預防性試驗規程》“若測量的組性電流與初始值比較有比較明顯的變化時，應加強監測，當阻性電流增加1倍時，應停電檢查。"“泄露電流有功分量測量值應小于等于全電流的25%"，未引入角度校正的數據中，出線1的C相已經接近臨界值，而出線2的C相則已經超標，而出線1的A相與出線2的A相都明顯偏小，與對應數據相差比較大，兩組氧化鋅避雷器一組需要加強監測，一組需要停運檢查。引入角度校正的數據則表明兩組氧化鋅避雷器運行狀況良好。
　　四、氧化鋅避雷器的技術管理
　　加強對氧化鋅避雷器的技術管理工作，即對運行在網上的每一只氧化鋅避雷器建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測儀的運行記錄均要存入技術檔案，直至該避雷器退出運行。
　　據國外有關技術資料統計，氧化鋅避雷器損壞的原因有雷電和操作過電壓，受潮、污閃、系統條件、本身故障等，但仍有一定比例損壞的原因不詳，故仍有其在運行中對事故原因不明確的問題。又因氧化鋅避雷器的劣化速度的離散性，及雷電、操作過電壓、諧波、運行環境等的隨機性，都決定著氧化鋅避雷器的安全運行的可靠性，故需在今后的工作實踐中去研究、實驗、探索和總結，以使得其在運行中的不安全因素可得以預防和完善。
　　結論
　　對氧化鋅避雷器帶電測量時，采用二次電壓法、引入角度校正，能有效的對氧化鋅避雷器運行狀況提供準確的依據，特別是IR/IX接近標準的臨界狀態時，能確定該氧化鋅避雷器是否可以繼續使用，避免對氧化鋅避雷器狀況的誤判斷。用上述方法進行氧化鋅避雷器帶電測量時，所需要攜帶的設備繁多，若能將設備進行簡化，則更具有現場使用價值。