摘要：氧化锌避雷器在电网中起着非常重要的作用。本文介绍了用PT和不用PT方法带电检测氧化锌避雷器的优缺点，论述了金属氧化物避雷器带电测试的有关技术问题；分析了金属氧化物避雷器电阻片劣化导致阻性电流增大的几种原因；阐述了金属氧化物避雷器现场带电测试的方法、提高测试精度的方法以及测试数据的分析方法，希望可以为更多测试人员提供参考。
关键词：金属氧化物；避雷器；带电测试方法
前言
避雷器是一种过电压保护装置，是电力系统安全运行的重要保障，而金属氧化物避雷器由于其优良的非线性和大通流容量等优点，在电网中广泛应用。由于氧化锌避雷器阀片长期受工频电压的影响，会发生受潮、老化等，阻性电流在一定程度上可以反映氧化锌避雷器的运行状态，因此需要定期对其泄漏电流等参数进行测试，以保证其正常状态运行。
1 金属氧化物避雷器在线监测的原因
金属氧化物避雷器（MOA）阀片的主要成分ZnO具有优异的非线性性能。与碳化硅阀片（SiC）相比，当10kA标称放电电流下的残压相同时，在相同的额定电压下，ZnO伏安特性曲线对应的电流一般在I1=10-5A以下，可近似认为续流为零，而SiC曲线所对应的续流却是I2=100A左右。也就是说，在工作电压下氧化锌阀片实际上相当于一绝缘体。所以，金属氧化物避雷器阀片的好坏，是避雷器能否健康运行的关键。
2 金属氧化物避雷器运行中的常见缺陷
由于高压系统中的金属氧化物避雷器取消了串联间隙，非线性电阻片要长期承受系统运行电压，并有持续性的电流流过[1]。阀片因电流中有功分量而发热，同时还要承担各种过电压的作用，并将过电压能量吸收到自身上来，长期作用后必然会阀片，并引起MOA伏安特性变化，甚至热崩溃而损坏。MOA生产时内部受潮导致绝缘性能不良，会使阻性电流显著增加，功耗加剧，导致电阻片加速劣化。MOA外绝缘受到污染导致电位分布不均，引起局部电阻片老化，严重时，可使内部阀片与外部瓷套之间产生较大电位差而发生径向放电现象，并损坏电阻片。当金属氧化物避雷器结构不良、密封不严或密封部件失效时，会使内部构件受潮，泄漏电流和阻性电流分量急剧增加，导致阀片温度上升而发生热崩溃，甚至引起爆炸事故。
3 测试原理
运行中的氧化锌避雷器在交流电压的作用下，流经的泄漏电流有两种：阻性电流和容性电流[2]。其中阻性电流只占很小的一部分。但当避雷器出现老化、受潮、绝缘下降以及表面污秽等情况时，容性电流变化不大，阻性电流会大大增加。所以带电测试主要是检测泄漏电流及其阻性分量。总的泄漏电流为I，容性电流Ic，阻性电流Ir，其：Ir＝I*cosφ（1）Ic＝I*sinφ（2）。当避雷器受潮后，电阻R将变小，而电压U将不会改变，相应的阻性电流Ir要变大。因此可以根据阻性电流的变化来说明避雷器是否受潮。在测试中最主要数据就是总泄漏电流和阻性电流，或者是总泄漏电流和φ角。
4 MOA在线监测方法
全电流的变化可以反映金属氧化物避雷器的严重受潮，内部元件接触不良，阀片严重老化；而阻性电流的变化对阀片初期的老化较为灵敏。
4.1 全电流测试
避雷器下端与地之间连接一交流电流表，用以检测流过MOA的全电流，此方法简便可行，发现受潮灵敏，缺点是对早期老化不灵敏，往往要等阻性电流分量增大几倍后才能发现[2]。运行初期，流过正常金属氧化物避雷器的全电流I中，阻性电流分量Ir占很小比例，这样，Ir即使已有显著增大，在测量全电流I时，阻性电流仍很不明显；而且二者在相位上存在着90度角的问题。只有当阻性电流分量增大几倍后，才会有明显变化。
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4.2 带B相PT去干扰测三只避雷器
此种方法类似于带B相PT定量补偿测三只避雷器，接线时无论测试哪一项都要把B相的电流线接上，电压信号线可以接B相。补偿角处理方式上与2不同，此方法的处理方式是基于三相电流相位互差120°的原理，通过与B相的相位角来对A、C相的相位角进行强制补偿[3]。例如测A相避雷器，首先测量B相实测电流和A相电压的相位角α，再测出A相电压和A相实测电流的相位角β，干扰角等于120°-（α+β）。对于三相电流电压相位差不一致的避雷器来说此种方法也带有很大误差。对出现劣化的避雷器可能会出现误判。
4.3 阻性电流带电测试
为了能及时发现流过MOA上阻性电流Ir的变化，及时发现MOA的老化现象，需对运行时流过MOA上阻性电流Ir或由此产生的功耗P进行带电测试。用高灵敏度的钳形电流互感器取MOA的接地引下线取总电流信号，不必断开MOA的接地引下线，十分安全、方便。测量仪器所需的电压信号，从系统的电压互感器（PT）或电容式电压互感器（CVT）二次侧取得。二次电压信号经电压隔离器进入测量仪器，且隔离器使PT二次侧与测量仪器之间无电气联系，即使测量发生故障时，也不会影响PT二次侧的正常运行，这就从根本上保证了人员、设备、试验仪器的安全。采用这种阻性电流检测仪比较方便，因它是以钳形电流互感器取样，不必断开原有接线，而且不需人工调节，自动补偿到能直读阻性电流Ir及功率P。由于一字形排列的三相MOA存在杂散电容影响，而且两者之间距离越近，杂散电容的作用越强，导致两边相MOA上的总电流发生变化，所以在测量时，则应进行移相法校正。即认为两边相同时对B相进行影响，杂散电容的效果，相互抵消，流过其上的电流为真实电流，不必校正。
4.4 带B相PT定量补偿测三只避雷器
此种方法是采用B相PT作为参考电压信号，取三相的计数器的泄漏电流，由于取B相电压，所以B相避雷器可以直接得出测试结果，A、C相角度要在仪器内进行加或减120°得出结果。但在现场测量时，对于一字排列的避雷器，中间B相会通过杂散电容对A、C相泄漏电流产生影响，如图2所示，影响大小取决于电压等级以及B相距A、C相的距离，B相由于会同时受到A、C相的干扰，基本上干扰会抵消。
4.5 红外诊断技术
红外测温是利用红外辐射原理，采用非接触方式，对MOA的内部热故障进行观测和记录。主要是测量因功率损耗而引起的MOA的温度升高。根据红外辐射的基本定律可知：一个被测物体的表面辐射系数一定时，它的辐射功率与其绝对温度T的四次方成正比。因此，对物体表面温度的检测就变成为对其辐射功率的检测。物体的辐射功率是与它的材料、结构、尺寸、形状、表面性质、加热条件及周围的环境和其内部是否有故障、缺陷等诸多因素是密切相关的。
4.6 带母线PT测三只避雷器
此种方式基本上都是测试母线PT避雷器的，不过线路避雷器也可以用此方式，由于母线电压与线路电压同大小同方向，所以可以利用母线PT来代替线路PT，测试A相避雷器时用A相母线PT，测试B相避雷器时用B相母线PT，测试C相时用C相母线PT，但测试时B相对A、C相的干扰依然存在。
总结
金属氧化物避雷器带电测试是状态检修获取即时数据的重要手段之一，其允许在工作电压下对运行设备进行试验检测，通过测量分析的特征量对避雷器的可靠性及设备状态预测，可及时发现避雷器存在的隐患，及时掌握避雷器健康情况，为电网安全、稳定运行提供可靠保障。
参考文献
[1]蔡曙明，李建英，李建兴.金属氧化物避雷器带电测试现场干扰的分析与排除[J].企业技术开发.2015(23).
[2]李顺尧.金属氧化锌避雷器测试方法对比与分析[J].高压电器.2010(03).
[3]杨殿成.金属氧化物避雷器带电测试干扰分析[J].高压电器.2009(05).
论文作者:常寿洋,张海超,赵建辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：避雷器论文; 电流论文; 氧化物论文; 测试论文; 电压论文; 金属论文; 母线论文; 《电力设备》2017年第13期论文;