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摘要：介绍带电检测金属氧化物避雷器泄漏电流中阻性电流的方法，以某500 kV变电站的避雷器为例，探讨带电检测技术在金属氧化物避雷器运行监测方面的应用，为及时准确地掌握避雷器运行状态提供参考。
关键词：避雷器；带电检测；阻性电流；受潮
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）05-0029-03
金属氧化物避雷器具有伏安特性好、通流容量大、响应速度快、残压低等特点，在电力系统中应用广泛。金属氧化物避雷器通常由多个氧化锌阀片（电阻片）串联而成，根据通流容量要求也可选择多柱并联，其等效电路为一个不变电容与一个可变电阻的并联电路。正常运行电压下，通过避雷器的电流很小，只有几十至数百微安，称作泄漏电流。泄漏电流可分为3个部分：通过氧化锌阀片（电阻片）的电流、通过固定电阻片绝缘材料的电流及通过避雷器外绝缘的电流。
金属氧化物避雷器的泄漏电流包含阻性电流和容性电流。正常运行时主要是容性电流，阻性电流只占很小一部分，但当避雷器内部受潮绝缘不良时，泄漏电流中的阻性电流增大，使电阻片功率损耗增加、温度升高、老化加速。避雷器运行状态的改变将使其在过电压下不能保护电力设备，甚至由于绝缘不良直接造成单相接地故障。因此，采用带电检测方法测量避雷器泄漏电流中的阻性电流，可及时准确掌握避雷器运行状态，保障设备安全稳定运行。
1 阻性电流的带电检测方法
测量运行电压下避雷器泄漏电流中阻性电流的基本原理，是取被测避雷器的总泄漏电流，再取一个与被测避雷器相电压同相位的电压，将总泄漏电流和电压接入测量仪器后，总泄漏电流IX 的基波矢量IX1在电压基波矢量U1上的投影，即为阻性电流IR1。测量避雷器阻性电流的矢量关系见图1，计算公式如下：
IR1=√2×IX1×cos（φ φ0） （1）
式中：φ为阻性电流角；φ0为电压校正角。
因为测量仪器的电流回路阻抗很小，所以用2根电流测量线分别连接避雷器放电计数器两端，可获得总泄漏电流IX；再用2根电压测量线从电压互感器二次绕组取得电压信号。测量避雷器阻性电流的试验接线见图2。
现场需要测量B相避雷器的阻性电流，用测量仪器取B相避雷器的总泄漏电流IX，再取B相电压互感器二次绕组相电压U，仪器显示电压基波值U1和總泄漏电流基波值IX1，将电压校正角φ0设为0后，仪器将按公式（1）计算阻性电流IR1，并将阻性电流IR1、阻性电流角φ、电压校正角φ0等测量结果打印出来。同理，测量A相和C相避雷器的阻性电流时，取A相或C相避雷器的总泄漏电流，仍然取B相电压互感器二次绕组相电压，此时只需将电压校正角φ0设为 120°，即可得出A相电压值；将电压校正角φ0设为-120°，即可得出C相电压值，从而得出阻性电流的测量结果。
2 避雷器带电检测实例
某日12时，电气试验人员对一座500 kV变电站的避雷器进行阻性电流带电检测，发现3号主变66 kV汇流母线A相避雷器的阻性电流明显比其他两相大。当日18时对该台避雷器进行复测，发现较12时测量数据明显劣化，说明该台避雷器内部存在异常，且异常情况发展较快。现场带电检测数据和对比情况见表1。
将该组避雷器返厂检查，电性能测试数据与现场检测数据基本一致，均为A相避雷器参数与出厂值差异大，初步怀疑内部因受潮而绝缘不良。
将A相避雷器的上、下法兰拆卸后，利用机器取出芯组，用手电筒目测复合绝缘外套内的环氧树脂桶内壁，未发现明显裂纹。避雷器复合绝缘外套和芯组的电性能如表2所示。
从表2测量数据可以看出，A相避雷器外套电性能正常，芯组电性能异常，芯组的直流1 mA参考电压明显降低，直流泄漏电流明显增大。将避雷器芯组放入烘干箱中，在120 ℃下烘干4 h，在烘箱温度冷却至45 ℃和室温时测量芯组电性能，结果如表3所示。
通过表3测量数据可以得出：1） 避雷器芯组的泄漏电流在烘干后有减小趋势，减小与烘干试验有关；2） 烘干使芯组内部潮气析出，泄漏电流减小，说明避雷器芯组受潮。
3 结论
设备生产厂家生产避雷器时应严把工艺关。该型避雷器采用复合外套真空灌封结构，内部灌封材料为双组份有机硅凝胶，灌封前需对双组份硅凝胶进行搅拌处理，此后抽真空清除搅拌时产生的气泡（水汽），但厂家在抽真空工序上未按工艺标准执行，存在抽真空时间过短的情况，导致避雷器内部灌封的硅凝胶留存大量气泡（水汽）。虽然出厂试验时避雷器电性能数据正常，但现场运行一段时间后，硅凝胶内部的水汽析出，吸附在芯组表面造成内部受潮绝缘不良，导致泄漏电流中的阻性电流增大。
针对新投运的66 kV及以上避雷器，设备运维管理单位应在投运后1个月内完成首次带电检测，并将测量结果留做原始数据。在原有的带电检测周期基础上应多检测1次，且每年雷雨季前、后各进行1次避雷器阻性电流测量，以便准确掌握避雷器运行状态，及时发现内部受潮缺陷。（下转第33页）
关键词：避雷器；带电检测；阻性电流；受潮
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）05-0029-03
金属氧化物避雷器具有伏安特性好、通流容量大、响应速度快、残压低等特点，在电力系统中应用广泛。金属氧化物避雷器通常由多个氧化锌阀片（电阻片）串联而成，根据通流容量要求也可选择多柱并联，其等效电路为一个不变电容与一个可变电阻的并联电路。正常运行电压下，通过避雷器的电流很小，只有几十至数百微安，称作泄漏电流。泄漏电流可分为3个部分：通过氧化锌阀片（电阻片）的电流、通过固定电阻片绝缘材料的电流及通过避雷器外绝缘的电流。
金属氧化物避雷器的泄漏电流包含阻性电流和容性电流。正常运行时主要是容性电流，阻性电流只占很小一部分，但当避雷器内部受潮绝缘不良时，泄漏电流中的阻性电流增大，使电阻片功率损耗增加、温度升高、老化加速。避雷器运行状态的改变将使其在过电压下不能保护电力设备，甚至由于绝缘不良直接造成单相接地故障。因此，采用带电检测方法测量避雷器泄漏电流中的阻性电流，可及时准确掌握避雷器运行状态，保障设备安全稳定运行。
1 阻性电流的带电检测方法
测量运行电压下避雷器泄漏电流中阻性电流的基本原理，是取被测避雷器的总泄漏电流，再取一个与被测避雷器相电压同相位的电压，将总泄漏电流和电压接入测量仪器后，总泄漏电流IX 的基波矢量IX1在电压基波矢量U1上的投影，即为阻性电流IR1。测量避雷器阻性电流的矢量关系见图1，计算公式如下：
IR1=√2×IX1×cos（φ φ0） （1）
式中：φ为阻性电流角；φ0为电压校正角。
因为测量仪器的电流回路阻抗很小，所以用2根电流测量线分别连接避雷器放电计数器两端，可获得总泄漏电流IX；再用2根电压测量线从电压互感器二次绕组取得电压信号。测量避雷器阻性电流的试验接线见图2。
现场需要测量B相避雷器的阻性电流，用测量仪器取B相避雷器的总泄漏电流IX，再取B相电压互感器二次绕组相电压U，仪器显示电压基波值U1和總泄漏电流基波值IX1，将电压校正角φ0设为0后，仪器将按公式（1）计算阻性电流IR1，并将阻性电流IR1、阻性电流角φ、电压校正角φ0等测量结果打印出来。同理，测量A相和C相避雷器的阻性电流时，取A相或C相避雷器的总泄漏电流，仍然取B相电压互感器二次绕组相电压，此时只需将电压校正角φ0设为 120°，即可得出A相电压值；将电压校正角φ0设为-120°，即可得出C相电压值，从而得出阻性电流的测量结果。
2 避雷器带电检测实例
某日12时，电气试验人员对一座500 kV变电站的避雷器进行阻性电流带电检测，发现3号主变66 kV汇流母线A相避雷器的阻性电流明显比其他两相大。当日18时对该台避雷器进行复测，发现较12时测量数据明显劣化，说明该台避雷器内部存在异常，且异常情况发展较快。现场带电检测数据和对比情况见表1。
将该组避雷器返厂检查，电性能测试数据与现场检测数据基本一致，均为A相避雷器参数与出厂值差异大，初步怀疑内部因受潮而绝缘不良。
将A相避雷器的上、下法兰拆卸后，利用机器取出芯组，用手电筒目测复合绝缘外套内的环氧树脂桶内壁，未发现明显裂纹。避雷器复合绝缘外套和芯组的电性能如表2所示。
从表2测量数据可以看出，A相避雷器外套电性能正常，芯组电性能异常，芯组的直流1 mA参考电压明显降低，直流泄漏电流明显增大。将避雷器芯组放入烘干箱中，在120 ℃下烘干4 h，在烘箱温度冷却至45 ℃和室温时测量芯组电性能，结果如表3所示。
通过表3测量数据可以得出：1） 避雷器芯组的泄漏电流在烘干后有减小趋势，减小与烘干试验有关；2） 烘干使芯组内部潮气析出，泄漏电流减小，说明避雷器芯组受潮。
3 结论
设备生产厂家生产避雷器时应严把工艺关。该型避雷器采用复合外套真空灌封结构，内部灌封材料为双组份有机硅凝胶，灌封前需对双组份硅凝胶进行搅拌处理，此后抽真空清除搅拌时产生的气泡（水汽），但厂家在抽真空工序上未按工艺标准执行，存在抽真空时间过短的情况，导致避雷器内部灌封的硅凝胶留存大量气泡（水汽）。虽然出厂试验时避雷器电性能数据正常，但现场运行一段时间后，硅凝胶内部的水汽析出，吸附在芯组表面造成内部受潮绝缘不良，导致泄漏电流中的阻性电流增大。
针对新投运的66 kV及以上避雷器，设备运维管理单位应在投运后1个月内完成首次带电检测，并将测量结果留做原始数据。在原有的带电检测周期基础上应多检测1次，且每年雷雨季前、后各进行1次避雷器阻性电流测量，以便准确掌握避雷器运行状态，及时发现内部受潮缺陷。（下转第33页）