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摘要：针对直流换流站多柱并联避雷器的特点，分析了现有预防性试验的弊端，提出了多柱并联避雷器预防性试验的改进方案，并计划在换流站进行推广实施，保障直流输电系统的安全稳定运行。
关键词：多柱并联；避雷器；预防性试验
0.引言
我国能源分布的不均衡性和经济发展的不平衡性，决定了我国能源政策为“西电东送、南北互供、全国联网”。在大规模的西电东送和全国联网工程中，只有直流输电才能解决联网所带来的一系列电网问题已得到了目前国内外电力界专家公认。预计到2020年，我国规划建设的直流工程达50余项，将进入超（特）高压交直流混合大电网运行时代[1]。
高压直流输电系统也像其他所有电气系统一样，由于遭受雷击、操作、故障或其他原因从而产生各种波形的过电压，因而装设过电压保护装置对过电压进行限制，对设备提供保护，从而达到提高系统可靠性、降低设备成本的目的[2]。但是直流换流站过电压与绝缘配合较为复杂，作为过电压保护的避雷器的配置与种类也较为繁多。目前直流场金属氧化物避雷器的预防性试验主要是进行直流参考电压和0.75倍参考电压下泄漏电流的测量。目前常规直流换流站试验难度较大的是振荡回路多柱并联避雷器，其试验难度不在于拆线与否，而是在于避雷器安装于离地面2米左右的构架上，避雷器为3-24组，安装排布比较密集，试验引线连接难度较大。
本文就直流换流站多柱并联避雷器试验方法着手，设计几种改进试验方案，探讨一种最优试验方法，及时有效地发现避雷器内部缺陷，保障直流换流站安全稳定运行。
1换流站直流避雷器介绍
1.1交直流避雷器的区别
直流避雷器在外观上与交流避雷器没有多大差别，主要在运行条件和工作原理上有很大的差别，具体表现在：
（1）交流避雷器可利用电流自然过零的时机来切断续流，而直流避雷器没有电流过零点可利用，因此灭弧较为困难；
（2）直流输电系统中电容元件远比交流系统的多，而且在正常运行状态下多处于全充电状态，一旦有某一只避雷器动作，它们将通过该避雷器进行放电，故直流避雷器的通流容量要比常规交流避雷器大的多；
（3）直流避雷器外绝缘要求高，耐污性能好。
由于无间隙金属氧化物避雷器伏安特性较老式碳化硅避雷器优越得多，因此在直流系统中已无一例外地采用金属氧化物避雷器作为过电压保护装置。
1.2直流多柱并联避雷器介绍
换流站多柱并联避雷器主要布置在过零振荡装置回路里，安装在振荡装置平台上，为多支避雷器并联的安装方式，多为3-24组[3]。其电气原理图如下图所示：
从图中可以观察出该避雷器底部防爆喷口已变形，避雷器下部防爆口的法兰由防风雨轻质合金制成，并与瓷壳相连。在偶尔发生的避雷器过载情况下，这些膜在压力仅达到瓷壳耐受压力的20％时便会打开，从而将电弧保持在瓷壳以外，直到线路断开。由于MRTB在接开的过程中，金属氧化物避雷器需要吸收很大的能量且持续时间较长（2至3ms），单只避雷器的热容量无法满足，因此设计并联了11只相同特性的避雷器，而当采用多支避雷器并联时，不能随意使用同样额定参数的避雷器直接并联，并联的避雷器必须具有完全一致的特性，通常采用同一配方甚至同一炉烧制的芯片，并进行特性测试和匹配，这样可以保证避雷器动作时各支避雷器器分摊的电流比较平均，也不会导致避雷器击穿（热崩溃）。如果并联的避雷器中有一只特性变差（由于受潮或者劣化），比其它避雷器器具有较低的残压，该避雷器将流过比其它避雷器大的多的电流，那么该避雷器就有可能被击穿，这是产生上述故障的直接原因。
2换流站多柱并联避雷器预防性试验方法
2.1常规单柱氧化锌避雷器预防性试验方法
2.1.1绝缘电阻的测量
金属氧化物避雷器是由金属氧化物阀片串联而成的，通过测量其绝缘电阻，可以初步了解其内部是否受潮及有无瓷质裂纹等缺陷[4]。该试验利用5kV绝缘摇表进行测试，试验结果应大于1000MΩ。
2.1.2测量直流1mA电压U1mA及75%U1mA下的泄漏电流
上图为金属氧化物避雷器伏安特性曲线，其中横坐标为泄漏电流，单位为mA，纵坐标为施加电压，单位为kV。其中泄漏电流1mA对应的曲线上的点为特性曲线的拐点，对应的电压为U1mA，由于拐点以左的曲线斜率很大，因此我们取0.75U1mA下的电流为所测泄漏电流IUc，测0.75U1mA下的泄漏电流是检查长期允许工作电流是否符合要求，要求IUc≤50μA。
2.2换流站直流多柱并联避雷器试验方法
据笔者了解，大多数直流换流站年度检修期间由省检修公司高压试验班对全站直流场一次设备进行预防性试验。本文前面已经介绍，交、直流避雷器在很多方面存在差异，试验人员往往沿用对交流避雷器试验的方法应用在直流避雷器中，试验结果的真实可靠性值得商榷。
假如针对某换流站11支4柱并联直流避雷器进行泄漏电流测量，若不将避雷器上部软引线拆除，各避雷器性能又完全一致，则可以认为该避雷器为44柱并联，应该用44mA泄漏电流下的电压作为测量参考电压，这样平均分流到每一柱都为1mA，可以得到正确的参考电压。但如果不了解避雷器内部构造仅仅使用1mA或者11mA泄漏电流下的参考电压，这样算出的参考电压将会小于正确的参考电压，由于避雷器特性曲线的特殊性，拐点之前的U-I斜率特别大，换算到0.75U1mA下的电流就比真实的泄漏电流小很多，让试验人员误认为该实验数据合格，失去了预防性试验的目的。下表为某换流站年度检修期间MRTB直流避雷器预防性试验的数据。
试验前先将避雷器上端一次引流线拆除，套上绝缘筒一支一支做，这样的实验数据比不套绝缘筒试验的数据更可靠，但由于换流站工期紧，任务重，加上目前没有实验数据验证加绝缘筒和不加绝缘筒两种方案的优劣，本文仅作简要探讨。若年度检修期间有时间和设备作支撑，笔者将会带着该问题进一步用实验数据对比分析，找到直流换流站多柱并联避雷器最优试验方案。
4结论
本文就直流换流站多柱并联避雷器试验方法着手，分析了现有试验方法的弊端，同时提出了改进方案，下一步计划将该方案在换流站现场进行实施并推广，为我国直流输电系统的稳定运行保驾护航。
参考文献
[1]中国南方电网超高压输电公司.高压直流输电系统继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，2013：1-2
[2]中国南方电网超高压输电公司.高压直流设备基础[M].北京：中国电力出版社，2011：80-83
[3]张曦，祝嘉喜，程锦等.±800kV特高压直流换流站直流场多柱并联避雷器预防性试验研究[J].电磁避雷器，2013（6）：112-118
[4]周仲武.电力设备维修诊断与预防性试验[M].北京：机械工业出版社，2008：172-173
作者简介
申勇，（1983－），男，工程师，现任国网运行公司锡盟管理处伊克昭换流站运行值长，主要负责换流站运行维护工作。
论文作者:申勇1,张斌2,赵欣洋2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/27
标签：避雷器论文; 预防性论文; 电流论文; 过电压论文; 电压论文; 氧化物论文; 试验方法论文; 《电力设备》2018年第7期论文;