2018浅析氧化锌避雷器的试验方法
摘要: 为保证氧化锌避雷器的安全运行,必须定期对其做电气性能测试，文章介绍了氧化锌避雷器的绝缘电阻试验、停电条件下的直流试验和运行电压下的交流泄漏电流试验并提出了绝缘电阻试验和直流试验的不足之处。http://
关键词:氧化锌避雷器;试验
中图分类号：C33文献标识码：A
0引言
电力系统中避雷器是保证系统安全运行的重要保护设备之一。其主要用于限制由线路传来的雷电过电压或操作引起的内部过电压，它对电力系统的安全运行起着十分重要的作用。氧化锌避雷器是一种与其他类型避雷器有很大差异的新型避雷器,由于氧化锌避雷器具有优良的非线性特性、无间隙、无弱续流、通流容量大、残压低、响应时间快,是保护电力系统安全运行的电力系统安全运行的的重要设备,在电力系统中得到了广泛的应用。不仅在高压、超高压电力系统新投运的变电站中几乎全部采用氧化锌避雷器,而且在已投入运行的电力系统中也大量改造使用氧化锌避雷器。
目前,氧化锌避雷器在发电厂和变电站应用广泛,但无论是国产氧化锌避雷器还是进口氧化锌避雷器,随着运行时间的加长,氧化锌阀片在长期运行电压下的老化问题就会变得越来越突出。因此,在运行中定期对其进行预防性试验、加强运行中的检测是一项重要的工作。
1氧化锌避雷器绝缘电阻试验
测试绝缘电阻是判断氧化锌避雷器是否受潮的有效方法。测试前应检查避雷器有无外伤、裂纹、上桩头有无松动、下部接地端子处连接等情况。测试时使用2500V兆欧表(摇表),把试验接线与避雷器连接可靠,摇表水平放置,摇的速度不要太快或太慢,一般120转/分。
由于氧化锌阀片在小电流工作区域具有特别高的阻值,故绝缘电阻除决定于阀片外还决定于内部绝缘部件和瓷套。电力行业标准DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》对氧化锌避雷器预防性试验规定:35kV及其以下的避雷器绝缘电阻不低于1000MΩ;35kV以上的避雷器绝缘电阻不低于2500MΩ。进口避雷器一般按照厂家的标准进行。
2氧化锌避雷器停电条件下的直流试验
氧化锌避雷器的直流试验,主要是测量直流1mA电压(U1mA)及0?75U1mA下的泄漏电流,该电压又称标称直流电压、参考电压、最小参考电压、临界动作电压、起始动作电压等。该电压反映氧化锌避雷器由小电流工作区到大电流工作区的分界点,是无间隙氧化锌避雷器的必做项目。U1mA直接反映避雷器承受短时过电压和系统额定电压的运行能力,可以检查避雷器的保护特性、装配质量和老化程度。规程中规定该值与初始值相差不得大于±5%。由于避雷器型号规格不同、通流量不等、厂家不同等原因,该电压差值较大。75%U1mA的值稍大于运行相电压的峰值,该试验主要检查长期允许工作电流是否符合规定,泄漏电流愈大,氧化锌阀片愈老化,愈严重,避雷器寿命愈短。
氧化锌避雷器停电条件下的直流试验接线如图1所示,随着电压的升高电流逐渐增大,当大于200μA之后就会急剧增大,当电流达到1mA时读取相应的电压。然后再在75%U1mA电压数值下保持一分钟,泄漏电流应不大于50μA,泄漏电流不应有大的波动。也就是说,在电压降低25%时,合格的氧化锌避雷器的泄漏电流大幅度降低,从1000μA降至50μA以下,该试验是为了检查其非线性特性及绝缘性能。
当氧化锌避雷器存在内部受潮或阀片老化等缺陷时,一般通过停电试验可以检查出来。但氧化锌阀片为非线性电阻元件,在电网及环境等因素影响下都会做出反映。有的在停电试验未能发现问题,可在正常运行电压下运行几个月后突然爆炸,导致大面积停电事故,这充分说明对氧化锌避雷器性能判断仅依赖停电下的直流试验是不够的。其主要原因:一是停电试验时受现场因素的影响,未对试验数据的准确性进行合理分析;二是由于停电试验的周期较长,氧化锌避雷器的性能变化渐变,变到一定程度后其劣化速度在几个月内加剧。因此,对氧化锌避雷器实行带电测试和在线监测就显得非常重要。
3氧化锌避雷器运行电压下的交流泄漏电流试验
运行电压下的交流泄漏电流试验主要检查正常运行相电压下的最大工作电流,由于氧化锌阀片的电流将主要为电容电流,所以避雷器在运行电压下工作时可等效为一个电阻和电容的并联回路,经简化后工频下的等值电路如图2所示,其中RC为氧化锌晶体本体的电阻,C为晶界层的固有电容,R为晶界层的电阻。氧化锌阀片在正常运行电压下,一般只有约数十微安的微小电流通过电阻R,既阻性电流分量IR,而通过阀片电容C的电流IC可在几百微安以上。可见正常情况下阻性分量仅占全电流的5%～20%。
《电力设备预防性试验规程》中规定,运行电压下的交流泄漏电流,测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗测量值与初始值比较,有明显变化时应加强监测,当阻性电流增加1倍时,应停电检测。
氧化锌避雷器运行电压下的交流泄漏电流也称之为全电流。目前广泛采用分散式全电流在线监测装置,其监测的是氧化锌避雷器的全电流,通过监测全电流可以发现一些问题。广泛使用的全电流在线检测仪的接线原理如图3所示,它既有交流毫安表,也有直流毫安表,而R1和R2用的是避雷器阀片。
氧化锌避雷器的全电流包括线性的容性分量和非线性的阻性分量两部分。阻性分量主要包括:瓷套内外表面的沿面泄漏、阀片沿面泄漏及其本身的非线性阻性分量、绝缘支撑件的泄漏等。当避雷器受潮后,其绝缘电阻下降,全电流有明显增加。阀片老化是渐进的过程,阻性电流也是渐变的,但全电流反应不很灵敏。当阀片老化到一定程度时全电流将会有一些变化。当阀片内部间有接触不良等缺陷时,其电流的容性分量可反应出来。
为了能发现氧化锌避雷器的早期老化,人们希望对运行时流经避雷器的阻性电流分量IR或由此产生的功率P也能实现在线监测。目前大多数采用国外LCD-4型阻性电流测量仪。它从氧化锌避雷器计数器取得电流信号,从PT二次抽取一个标准电压信号,通过数值分析得到全电流、阻性分量、功率损耗等参数,其原理框图如图4所示。
它用互感器从避雷器的引下线处取得电流信号I0,再从分压器或互感器侧取得电压信号US。后者经移相器前移90°相位后得US0,再经放大后与I0一起送
入差分放大器中,将GUS0与I0相减;并由乘法器等组成的自动反馈跟踪,以控制放大器的增益G使同相的(IC-GUS0)的差值降为零,即I0中容性分量全部补偿掉;剩下的仅为阻性分量IR,再根据US及IR即可获得避雷器的功率损耗P了。
从理论上讲,在线监测氧化锌避雷器的阻性电流对判断其性能是有效的。但由于现场测量时,当系统含有电压谐波及外界电磁场的干扰时,阻性电流的准确测量很重要。氧化锌避雷器的带电测试所用仪器目前还存在如下问题: (1)没考虑PT幅值及角差的影响。带电测试要从PT二次抽取参考电压信号, PT的角差及二次电压的大小会对阻性电流及功耗测量结果带来影响; (2)没考虑电网谐波的影响。电网中的有无谐波对阻性电流等参数的测量不同; (3)没排除相间干扰的影响。相间由于存在电磁干扰,对测试结果也会带来影响; (4)没考虑相对湿度和温度的变化给测量造成误差; (5)没注意到计数器两端与仪器连接是否良好及没考虑计数器本身质量等因素也会影响测试结果; (6)测试仪器本身的稳定性的影响。
带电测试氧化锌避雷器的全电流、阻性电流等参数,只要仪器考虑了上述众多因素的影响,实践表明它对判断氧化锌避雷器的性能是有效的。根据大量测试经验来说,在运行电压、温度、湿度等条件相当的情况下,若全电流增加到原来的1.3倍,阻性电流增加到原来的1.5倍的情况下,此时氧化锌避雷器可能存在劣
化现象,应停电做直流试验进一步判断。由此看来,带电测试是判断氧化锌避雷器性能的重要参考依据,而不能作为最终判据。因为带电测试是受仪器性能、系统电压工况及环境(电磁环境、温度、湿度)的影响,这需要不断积累经验。
实践表明,通过在线监测和带电测试来指导停电试验。如果在线监测和带电测试没有发现问题,可以考虑适当延长停电试验周期,以减少停电带来的损失。
4 结束语
氧化锌避雷器的试验主要包括:缘电阻试验、停电条件下的直流试验和运行电压下的交流泄漏试验。绝缘电阻试验是最基本的一项试验,它可以发现内部受潮及其瓷质裂纹等缺陷;直流试验主要测量直流1mA电压(U1mA)及0.75UImA下的泄漏电流,其目的是为了检查避雷器的非线性特性及绝缘性能;运行电压下的交流泄漏试验测量避雷器在运行电压下的全电流、阻性电流和无功分量、功率损耗等。全电流对于避雷器阀片老化反映不是很灵敏,通过对其阻性电流和功率损耗的监测可以有效地监测避雷器绝缘状况和避雷器阀片受潮或老化等缺陷。
参考文献
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电力设备预防性试验规程.中国电力出版社, 1996.
甘肃省电力工业局.电气试验.中国电力出版社, 1997.
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李建明,朱康.高压电气设备试验方法.北京:中国电力出版社, 2001.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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