避雷器是一種重要的過(guò)電壓保護(hù)裝置，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有力保障，其中，氧化鋅避雷器由于其具有優(yōu)良的非線性和人通流容量等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)單分析了避雷器工作原理和必要性，然后對(duì)影響氧化鋅避雷器現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試的因素及消除方法進(jìn)行分析。

　　《科技與創(chuàng)新》國(guó)家級(jí)科技雜志，雜志為國(guó)家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的“全國(guó)綜合性科技學(xué)術(shù)期刊”，由山西省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主管、山西科技新聞出版傳媒集團(tuán)主辦，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN14-1369/N，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)ISSN2095-6835。為了進(jìn)一步服務(wù)廣大科技工作者，促進(jìn)創(chuàng)新型科技人才的研究成果轉(zhuǎn)化。經(jīng)國(guó)家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)(新出審字〔2013〕862號(hào))，原《微計(jì)算機(jī)信息》雜志自2013年7月正式變更為《科技與創(chuàng)新》雜志，在創(chuàng)辦的過(guò)程中得到了中國(guó)科協(xié)和山西省新聞出版局的大力支持。

　　前言

　　氧化鋅避雷器預(yù)防性試驗(yàn)包括停電條件下直流泄漏電流試驗(yàn)和運(yùn)行電壓下帶電測(cè)試，但當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓較高，發(fā)電廠(或變電站)避雷器數(shù)目較多時(shí)，停電條件下作直流泄漏電流試驗(yàn)有很大的困難，因此，運(yùn)行電壓下的氧化鋅避雷器現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試越來(lái)越受到重視。

　　1避雷器工作原理

　　在確定分配的電壓下，一般流經(jīng)氧化鋅避雷器的閥片的電流低于104A，此時(shí)，它的作用類似于一個(gè)絕緣體。所以，當(dāng)隔離開(kāi)閥片與工作電壓時(shí)就不再需要使用火花間隙了。一旦金屬氧化鋅避雷器上作用到的電壓大于規(guī)定的數(shù)值(啟動(dòng)電壓)時(shí)，大電流就能通過(guò)閥片導(dǎo)入到地中，此時(shí)的殘壓就不會(huì)大于這些被保護(hù)設(shè)施的耐壓值，這樣就達(dá)到了保護(hù)的目的。然后，一旦作用電壓小于動(dòng)作電壓，閥片就會(huì)停止導(dǎo)入狀態(tài)，回復(fù)到其原先的絕緣狀態(tài)。故而，其完整過(guò)程中沒(méi)有電弧燃燒和熄滅的情況。

　　2氧化鋅避雷器測(cè)試必要性

　　2.1氧化鋅避雷器由于取消了串聯(lián)間隙，長(zhǎng)期承受系統(tǒng)電壓，過(guò)電流的影響。電流中的有功分量導(dǎo)致閥片發(fā)熱，引伏安特性的變化，長(zhǎng)期作用的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致閥片老化，甚至熱擊穿。

　　2.2氧化鋅避雷器受到?jīng)_擊電壓的使用，閥片也會(huì)在沖擊電壓能量的作用下發(fā)生老化。

　　2.3氧化鋅避雷器內(nèi)部受潮或絕緣性能不良，會(huì)使工頻電流增加，功耗加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部放電。

　　2.4氧化鋅避雷器受到雨、雪、凝露或灰塵的污染，由于內(nèi)外電壓分布不同而使內(nèi)部閥片與外部瓷套之間產(chǎn)生較大電位差，導(dǎo)致徑向放電現(xiàn)象發(fā)生。

　　為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀況，根據(jù)DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，在發(fā)電廠、變電所避雷器每年雷雨季來(lái)臨前，我們必須對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，如測(cè)試絕緣電阻、直流1mA下的電壓U1mA及0.75U1mA下的泄漏電流、運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流、底座絕緣電阻、放電計(jì)數(shù)器動(dòng)作檢查。必要時(shí)，還要進(jìn)行工頻參考電流下的工頻參考電壓的測(cè)試。

　　以上試驗(yàn)除了運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流，其余均為停電測(cè)試。

　　3影響氧化鋅避雷器現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試的因素及消除方法

　　3.1電網(wǎng)諧波的影響與消除方法根據(jù)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-1993)規(guī)定的公用網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值，可知電網(wǎng)中的諧波含量非常少，特別是電壓等級(jí)在35kV及以上的電網(wǎng)。并且電網(wǎng)電壓等級(jí)越高，其電網(wǎng)中諧波含量越小。在實(shí)際運(yùn)行電網(wǎng)中，其諧波比規(guī)定限值更低，因此電網(wǎng)諧波電壓對(duì)帶電測(cè)試中IRIP的影響可以忽略，或采用MOA-RCD一4型阻性電流測(cè)試儀進(jìn)行試驗(yàn)，就可以消除諧波分量的影響。

　　3.2瓷套表面臟污、相間耦合電容及電磁干擾影響與消除方法

　　3.2.1運(yùn)行中呈"直線"排列的氧化鋅避雷器試驗(yàn)

　　對(duì)于運(yùn)行中呈"直線"排列的戶外型瓷套氧化鋅避雷器，有資料研究證實(shí)，其瓷套表面雜散電流是由于表面臟污及相間電磁干擾引起;而同型號(hào)、同批次生產(chǎn)的三臺(tái)(相)氧化鋅避雷器，在線測(cè)得的阻性電流值I各不相同，是由于相間電容耦合所引起的。對(duì)瓷套表面雜散電流，采用MOA下端瓷裙上加屏蔽環(huán)的方法消除。在污穢比較嚴(yán)重的地區(qū)，這種方法能夠有效地消除流經(jīng)測(cè)量相下節(jié)氧化鋅避雷器瓷套表面由異相干擾引起的泄漏電流，且簡(jiǎn)單易行。試驗(yàn)必須在晴天干燥時(shí)進(jìn)行，此時(shí)瓷套表面雜散電流就比較小，再經(jīng)加屏蔽環(huán)消除相間電磁干擾引起的泄漏電流，這樣流經(jīng)閥片的電流就比較真實(shí)。

　　由于相間電容耦合所引起的阻性電流I誤差，可對(duì)相位移進(jìn)行校正處理。其中，相位移校正角的計(jì)算式可表示為中0：(中一中一120。)/2式中中。一一電壓信號(hào)取自A相，電流信號(hào)取自C相時(shí)的角度0一一A相電壓電流夾角0。一一B相對(duì)A、c相作用的干擾角度由于B相對(duì)A、c相的作用是對(duì)稱的，所以校正A相時(shí)輸入正的中o，而校正c相時(shí)輸入負(fù)的中o;對(duì)于B相不用校正，因?yàn)閷?duì)A、c相的作用也是對(duì)稱的。

　　3.2.3GIS組合電器中運(yùn)行的氧化鋅避雷器試驗(yàn)根據(jù)GIS組合電器的拼裝結(jié)構(gòu)，其氧化鋅避雷器可分為三相分箱(罐)和三相共箱(罐)結(jié)構(gòu)。并且這兩種氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)在組裝時(shí)清潔衛(wèi)生，運(yùn)行中又不受外部環(huán)境影響。三相分箱式氧化鋅避雷器由于其鐵殼罐體的屏蔽接地，三相之間無(wú)相間耦合電容和電磁干擾，測(cè)量時(shí)不需要校正相位移，直接測(cè)量即可;三相共箱式氧化鋅避雷器在罐體內(nèi)部布置時(shí)排成等邊三角形，相間耦合電容和電磁干擾的相互作用是基本相同的，測(cè)量時(shí)可不需校正相位移。

　　4對(duì)金屬氧化鋅避雷器進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)帶電試驗(yàn)

　　我們可以把金屬氧化鋅避雷器其自身的運(yùn)行的參數(shù)化簡(jiǎn)等同于一個(gè)不改變的電容與一個(gè)可以改變的電阻并聯(lián)的電路線圖1。

　　金屬氧化鋅避雷器在交流電壓的作用之下，它的總的泄露電流包含兩種電流：①阻性電流，也是有功分量;②容性電流，即是無(wú)功分量。當(dāng)金屬氧化鋅避雷器運(yùn)行的時(shí)候，容性電流是流過(guò)它的主要的電流，而其中很小的一部分才是阻性電流，大概僅為10~25%。但是，在避雷器內(nèi)部老化，絕緣部件受到損害，或是受潮以及表面被嚴(yán)重地污染的時(shí)侯容性電流的變化量并不多，而此時(shí)的阻性電流卻大量地增加。所以，我們可以借由檢測(cè)MOA的阻性電流的變化量，來(lái)了解金屬氧化鋅運(yùn)行的情況。

　　在運(yùn)行情況中，金屬物的劣化大多是講其物理的狀態(tài)以及電氣的特性發(fā)生的變化，而這些變化會(huì)使得金屬氧化物的伏安特性變得漂移，熱穩(wěn)定性能被破壞，非線性系數(shù)從而會(huì)被改變，電阻局部會(huì)變得惡劣等等。但是這些變化一般都能在避雷器的以下幾種電氣的參數(shù)的改變量上表現(xiàn)出來(lái)：

　　(1)在運(yùn)行的電壓下，泄漏電流的阻性分量的峰值的絕對(duì)值變大;

　　(2)處于運(yùn)行的電壓下時(shí)，泄漏電流的諧波分量有顯眼的變大;

　　(3)有功損耗在處于運(yùn)行的電壓的情況下時(shí)，其絕對(duì)值變大;

　　(4)當(dāng)在運(yùn)行的電壓下時(shí)，泄漏電流的絕對(duì)值變大，卻不肯定是明顯的。

　　最近的幾年，在我國(guó)各個(gè)地方發(fā)生了較多起的金屬氧化鋅避雷器的爆炸事件。2006年，我國(guó)有一個(gè)電力局在進(jìn)行帶電測(cè)試試驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)他們的1lOkV仁舍變超仁1548的線C相線路所使用的避雷器數(shù)據(jù)不正常，在此同時(shí)，他們結(jié)合遠(yuǎn)紅外線的測(cè)溫操作也看出其避雷器的溫度有異常變化。所幸他們及時(shí)地停電并對(duì)其避雷器進(jìn)行細(xì)致的檢查，發(fā)覺(jué)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)嚴(yán)重地超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)值。最終，他們成功地避免了金屬氧化鋅避雷器在他們電力局發(fā)生爆炸事件。進(jìn)行帶電測(cè)試的數(shù)據(jù)，如下表所示

　　c的全電流、相阻性電流以及損耗都大幅度地變大。這種情況完全與金屬氧化物避雷器在運(yùn)行中的劣化的幾種變化相同。該避雷器的直流泄漏試驗(yàn)的數(shù)據(jù)

　　UlmA(kV)：l16.5I/75%UlmA6901xA絕緣的電阻是IOOMQ

　　此時(shí)，絕緣電阻，參考電壓和泄漏電流都不符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。在后來(lái)的解體研究中發(fā)覺(jué)c相避雷器的頂端非常嚴(yán)重地被銹蝕了，以至于其避雷器的內(nèi)部受到潮氣，避雷器中部的閥片以及瓷套的內(nèi)壁有凝結(jié)的水珠，并且硅膠變色，不再正常。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　采用可消除現(xiàn)場(chǎng)干擾的氧化鋅避雷器在運(yùn)行電壓下帶電檢測(cè)方法，可大大提高試驗(yàn)的真實(shí)性與靈敏度，實(shí)時(shí)反映氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，進(jìn)行帶電測(cè)可減少停電次數(shù)，對(duì)用戶、對(duì)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，具有重大的意義。