摘要：本文介绍了两种常见的GIS罐式避雷器试验方法，并对这两种方法进行了介绍分析，针对现场实际试验时出现的问题，探讨电压互感器试验方法降低了对试验设备的要求，使现场试验实施变得简便、灵活。
关键词：GIS避雷器；交流泄漏试验；试验变压器；电压互感器；
一、引言
GIS以其性能稳定、可靠性高、维护工作量小、检定周期长、占地面积小等特点[1]，表现出很强的生命力，特别在城市用地紧张，征地困难的地区，更是受到电力企业的青睐，在市场上得到了广泛的应用。罐式氧化锌避雷器是全封闭组合电器的组成部分，避雷器的安全运行是电力系统GIS可靠运行的重要保证[2]。
避雷器是一种过电保护装置，当电网电升高达到避雷器规定的动作电压时，避雷器动作，释放过电压负荷，将电网电压升高的幅值限制在一定水平之下，从而保护设备绝缘不受损坏[3]。
氧化锌避雷器的损坏主要是爆炸和老化。老化引起的损坏极少，而爆炸事故常有发生，且事故率很高，严重影响系统供电。仅以1996年统计，运行35kV及以上的避雷器共1910相，预试中发现损坏的48相，运行中发生损坏的有15相，共发现损坏的避雷器63相，损坏率为3.3％。
从各方面调查的分析表明，氧化锌避雷器爆炸事故原因69％为制造质量问题。25％为运行不当，6％ 为选型不当而造成的。而内部受潮直接影响产品质量，是引起氧化锌避雷器爆炸事故的主要原因。
为了能保证电网的安全运行，进行投运前的泄漏电流试验检查避雷器的生产质量、运输损坏及受潮等确保其安全运行必要性。
二、避雷器的工作原理及泄漏试验方法
2.1 避雷器工作原理：
在工作电压下，MOA工作在小电流领域，泄漏电流只是在毫安数量级，而且基本上是容性分量，接近绝缘状态。过电压发生时，MOA工作在中电流领域，绝缘电阻变得极小，便于释放能量，能量释放后，电阻片又自行恢复最初的高阻状态，它在工作时不产生电弧，它工作过程只包括限压和恢复两个过程[4]。
在交流电压下，避雷器的总泄漏电流包含阻性电流（有功分量）和容性电流（无功分量）。在正常运行情况下，流过避雷器的主要为容性分量，阻性电流只占很小一部分，约为10%~20%[5]。测试表明，在运行电压下测量全电流、阻性电流可以在一定程度上反映MOA运行的状态。全电流的变化可以反映MOA的严重受潮。
2.2 试验方法
目前电力企业单位对避雷器投运前检查出厂质量、运输的损坏及安装工艺水平，采用了直流泄漏试验方法或交流泄漏试验方法。对于常规式避雷器试验采用直流泄漏试验方法。对于GIS变电站内的罐式避雷器，厂家考虑到其直流单极特性容易使灰尘聚集到盆式绝缘子上，投运后容易造成盆式绝缘子击穿，所以GIS变电站的罐式避雷器不能进行直流试验项目，只能对其进行交流泄漏试验。
目前，国内大部分试验单位都是通过试验变压器升压或在系统投运后利用系统电压下测试避雷器交流泄漏分量。根据以往的试验经验，我公司通过多次对试验变压器加压方法进行测试得出结论：由于110kV组合式GIS出线套管较长，导电杆对外壳存在的电容较大，对于额定电压为100kV、高压电流输出为100mA的试验变压器，是远远满足不了避雷器的试验电压值84kV。
根据：I=
U额ωCx（Cx为对地电容、导体至壳体用虚线标示为N个Cx对地电容，）
得到：Cx = I /U额ω=0.1（A）/84持（kV）ω=3.79（nF）
对于额定电压：100kV、输出电流：100mA的试验变压器，只能限制于电容量为3.79（nF）以下的设备。对于出线间隔较多且母线较长的GIS，由于GIS中带电导体与外壳的间距很小对地电容较大。如图1所示。
a：GIS变电站实物图 b：母管电容分布示意图
图1 GIS母线导体对地电容
2.3 试验变压器的选用
110kV（GIS）变电站罐式避雷的交流泄漏，通常采用传统的试验方法进行测式。经研究小组采用传统试验方法对220kV千帆站110kV避雷器进行测试研究：首先通过介质损耗测试仪（AI6000E）测试出被试间隔的电容值，方案如图2所示。测试点从#2主变GIS套管处加压，其中所有线路的母线隔离刀闸断开，母联断路器及隔离刀断开，1M母线 电磁式电压互感器、2M母线电磁式电压互感器隔离刀闸断开。本测试过程分两次进行：第一次合上#2主变间隔处的1M刀闸，测得#2主变间隔及1M母线总电容值；第二次合上#2主变间隔处的2M刀闸，测得#2主变间隔及2M母线总电容值，测试数据如表1所示。
图2 220kV千帆站110kV GIS间隔一次接线图
表1 电容值测试数据值
根据表1中数据进行试验电流计算：
（1）：
式中：
—110kV避雷器持续电压84kV；
—测试电容值15nF。
（2）
式中：
—110kV避雷器持续电压84kV
—测试电容值14nF。
由此可见，当选用试验变压器额定电压为100kV时，需要额定输出电流0.39A且容量为39kVA以上试验变压器才能满足测试的要求。参照厂家生产的试验变压器不同容量参数相比较。如表2所示。
表2 试验变压器其本参数
图3 从左到右，试验变压器重量递增
避雷器的交流泄漏试验，在传统的方法中可以选择工频试验变压器，但是随着电力不断发展，对于用地紧张的城市中，生产厂家在设备上不影响整体的绝缘水平下，减小设备体积的策略以满足节约用地面积。同时GIS设备的体积减小，导电杆对外壳及地的电容量增大。所以对试验变压器的容量也有较高的要求。
对于一些容量较大的试验变压器，虽然能满足变电站的试验要求，但由于器身笨重、体积较大，不便于运输及搬动。同时对于110kV GIS变电站都是建设在楼层内，由于试验变压器笨重，往往把试验变压器放于楼层下，通过架空导线与进线套管连接形成较复杂的接线方式。此方法不但工作安全措施范围大，也增加了试验变压器的容量损耗。如图4所示。
a 试验接线实物图 b 室内GIS
图4 试验变压器工作接线
试验变压器缺点：1、体积较大、笨重不便于运输及搬动。
2、接线复杂，工作量大。
3、需要吊车、大型货车运输，成本高。
4、容量较小，难以满足较大容量设备。
5、试验人员投入大，成本高。
6、试验区域范围广，安全措施得不到可控性。
随着社会工业不断的发展，医疗、军事、居民用电的稳定性，变电站投运前对避雷器泄漏试验的必要性。但由于试验变压器在电力发展的前景中没有更好突出电网绿色环保、高节能等特点。所以，通过研究新试验方法代替试验变压器升压方法是我们当前当务之急。本项目研究，通过GIS变电站母线电压互感器代替传统的试验方法，积极响应广东电网科技创新最新动态及发展趋势自主创新、需求导向、重点突破的原则。
三、研究分析
3.1电磁式电压互感器的介绍
电压互感器：将高电压变成低电压的互感器。在正常使用情况下，其比差和角差都应在允许范围内；按电压互感器的工作原理分类：电磁式、电容分压式、光电式。电压等级为220kV及以下时为电磁式电压互感器，220kV以上多为电容式电压互感器。
电磁式电压互感器原理接线图：
电磁式电压互感器工作原理：电磁式电压互感器的构造原理、构造和接线都与电力变压器相似。电磁式电压互感器的一次绕组与二次绕组的电压之比同为他们的匝数之比。特点：1；电磁式电压互感器一次侧的电压（电网电压）不受互感器二次负载影响。2；二次侧的负载是仪表和继电器的电压线圈，阻抗很大，通过的电流很小，电磁式电压互感器的工作状态接近于空载装态，二次电压接近二次电动势值，并取决与一次电压值。
3.2 母线电磁式电压互感器加压的接线方法及数据分析
（1）通过母线电压互感器从二次绕组加压，在二次感应出一次电压值84kV（110kV避雷器的持续运行电压值）。本方法采电磁式电压互感器感应电压值作避雷器参考电压。如图5，把电压互感器隔离刀分开，母线地刀合上，目的是使母线电磁式电压互感器与GIS母管分开，减少设备的容量（导杆与外壳会产生无功损耗的电容量）。本方法的优点是：（1）采二次绕组加压，回路清晰、接线简单；
（2）试验区域小、安全性能高；
（3）操作简单、性能稳定；
（4）电压互感器容量大、容易满足现场试验；
（5）试验人员投入少、成本降低
本方法的唯一缺点：母电压互感器需耐压后才安装电压互感器一次导电连杆，而影响避雷器试验及时发现避雷是否存在缺陷，导致延期投运时间。
a：一次原理接线图 b 二次原理接线图
图5 母线电磁式电压互感器升压示意图
（2）数据测试，本次试验中，采用泛华电子氧化锌避雷器泄漏电流分析仪，本仪器经过广东华南计量检测中心检测并检验合格。
图8本研究测试仪器
在测试避雷器在运行电压下泄漏电流时，需要取电压及电流信号回路，电压信号取电压互感器二次端子箱1a1n或2a2n，电流信号取避雷器的本体处尾口端，接线方法如图5 b所示。在dadn加压，通过电压互感器变比计算得出，当一次升至额定电压值84kV时，通过试验调压器在dadn加上132.1V，在试验仪器泄漏分析仪读取数据或按仪器保存数据按键。
研究小组通过母线电压互感器加压，对佛山110kV黎涌变电站基建工程，实行试点，测出以下的数据：如表3所示。
表3 持续运行电压84kV的泄漏电流数据
根据GB 11032-2010《交流无间隙金属氧化物避雷器》规程规定，测试避雷器在持续电压下持续电流的全电流及阻性电流应参照出厂值的制定要求。通过数据分析，本方法能够准确有效测试出避雷器的数据。
四、试验方法的对比
本项目通过研究小组自主研究，开展专项活动从工作原理、设备结构等方面进行研究和分析，找出两种试验方法的优劣。研究小组全体成员从理论上找到最优的解决方法；从设备结构上，了解不同变电站避雷器设备情况和参数，对其现场应用进行了评估，如表4所示。
表4试验变压器与母线电磁式电压互感器参数对比
通过数据及实际分析，母线电磁式电压互感器升压方法以成本低、维护方便、效率高等特点胜于试验变压器升压方法。根据南方电网“十二五”科技发展计划，实行优电网、添绿色、节能减排、低碳、高效发展目标。通过本项目研究，积极响应南方电网科技创新最新动态及发展趋势自主创新、需求导向、重点突破的原则，全面提高科技创新能力和核心的竞力，充分发挥科技创新支撑和引领作用，努力实现广东电网技术先进、安全可靠的现代大电网的目标。
五、小结
随着电力需要的迅速增加及电网安全稳定运行，同时为了解决避雷器安全试验问题，我公司将不断通过实践及研究分析，寻求简便、灵活、环保等试验方法。
本项目研究在多个变电站进行试点，已实现多个110kV电压等级以上的避雷器器试验，为今后打下坚定的技术基础。通过进行母线电压互感器研究工作，以满足避雷器试验容量需要、确保电网顺利投运。
随着科技的发展，本项目研究，以创新、低碳环保、工作灵活等特点，将会引领市场，创造良好的经济效益。
参考文献：
[1]、何胜红、洪海程、任亚英。《带电测试技术在GIS避雷器的应用》。电瓷避雷器，2011年10期
[2]、刘青、张玉峰、程勇。《220kV GIS变电站雷电过电压防护措施的研究》。高压电器，2008年04期
[3]、朱仲燊。《浅述氧化锌避雷器的试验方法及综合判断》。机电信息，2015年21期
[4]、陈化钢。《电力设备预防性试验方法及诊断技术》。中国水利水电出版社，2009.11
[5]、蔡翊涛。《在运行电压下测量MOA阻性电流》。电瓷避雷器，2004年5期
论文作者:王培虎
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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