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避雷器带电测试心得

在电力系统中，避雷器能释放雷电或操作过电压能量，保护电气设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。
金属氧化物避雷器(MOA)因其优越的过电压保护特性局属站应用最多的避雷器。但MOA的故障可能会导致其爆炸，影响系统安全运行，必须对运行中的避雷器进行严格有效的检测和定期预防性试验，由于避雷器预试(特别是主变三侧避雷器)必须停运主设备，会降低设备的运行可靠性，而且有时因为运行方式的限制无法停运主设备，导致避雷器无法按时预试，因此避雷器的不停电测试显得尤为重要。
1．避雷器测试现状：
当前，对避雷器的状态监测的有效手段之一是在线检测，在线检测目前普遍采用的方法是测量避雷器的全电流，具体是在110KV等级及以上的避雷器的下端接地回路上安装泄漏电流监视仪，通过定时人工巡视来监视泄漏电流的大小与变化趋势或将数据远传到检测中心进行统一分析，通过记录全电流读数来判断避雷器的老化和绝缘损坏程度。
然而这些测量方法所得到的全电流中包含了避雷器表面的泄漏电流、内部的泄漏电流以及本体电容电流等的总和，它不能有效反映避雷器内部绝缘（支架绝缘、内壁绝缘、氧化锌片的质量……等）的真实运行情况。
因此，目前在线监测获取数据的片面性以及较高的购置、安装和维护成本，决定了它无法全面透彻的反应避雷器的运行状况以及立即大批量使用。在这种情况下，每年春、秋季进行的两次避雷器带电测试工作是十分必要的，通过测量避雷器的全电流、阻性电流和损耗功率，可以清晰准确的分析出避雷器的运行状况，为状态检修工作提供最直观的数据以供判断。
2．技术问题：
1）在运行电压下流过避雷器的泄漏全电流包含了阻性泄漏电流分量、容性泄漏电流分量两部分。在避雷器处于正常运行电压状态下阻性电流分量远远小于容性分量，一般阻性泄漏电流分量占全电流的比例不会超过10—15%的数值，所以阻性分量即使增加一倍，全电流的变化不会超过5.0%。所以采用全电流的测量方法，就不能有效监视避雷器的内部性能劣化的趋势。
2）在运行电压下的测量，由于运行电压的变化幅度将达到大于5%以上，所以产生的全电流的变化由于电容分量的线性变化影响使测量全电流数值的结果也有5%以上幅度的变化，从而淹没了由于阻性电流变化而引起上面提到的全电流变化5%的比例。
3）如果避雷器在运行中由于内部元件发生劣化，引起阻性泄漏电流的增加，即有功损失分量不断加大，如此继续劣化下去，达到一定程度后会导至避雷器的热崩溃，若不能迅速将不正常的避雷器及时退出运行，很可能在一段时间内（几月、天或数小时）发生爆炸，引发大面积电力事故。
分析一般引起避雷器阻性泄漏电流增加的原因有下面主要方面：
A、避雷器的内部受潮而产生的内部绝缘下降
a、避雷器在制造中由于在正常的气候条件下进行组装，留存有一定的湿度。
b、避雷器内部的绝缘材料的吸潮性或者内部有潮气而没有将其排除进行组装，投入运行以后缓慢的释放。
c、本体本身与密封口的呼吸作用。
d、外瓷套本身材料老化或者呼吸作用。
B、避雷器的氧化锌片本体在通流负载下质量发生变化 。
a、大雷电流冲击引起积累效应。
b、高内过电压冲击。
c、长期运行电压下的自然老化。
d、氧化锌片的通流容量与实际的通流量不符合加剧老化。
资料反映，在避雷器损坏的统计中是由于内部受潮所引起的比例达到总故障数50%以上，而氧化锌片的劣化所引起的事故大约占30%不到。
要解决这些问题，除了制造厂在元件及制造工艺上提高固然很重要外，对于班组如何加强对避雷器在运行中的带电测试也至关重要，若能及时发现避雷器的劣化趋势，就可尽快采取措施或将避雷器退出运行，达到预防事故的发生。

mA

特性降低后的电流值I2

正常特性的电流值I1

KV
图1 避雷器伏安特性图
3．通过试验证明阻性电流反映的可靠度：
下面将避雷器的泄漏电流进行了一组试验，数据如表1所示（测量仪器MD-1B氧化锌避雷器带电检测仪，被试避雷器为XXXX避雷器A相，数据时间为2009.3-2011.3）：
表1：避雷器泄漏电流表：
时间
交流持续电压试验（110KV）下的泄漏电流（μA）
全电流
阻性泄漏电流（峰值）
2009.3.16
695
188
2009.10.22
700
168
2010.3.18
690
159
2010.10.25
685
150
2011.3.10
675
150

从表1数据看，在正常状态下阻性电流分量要比电容电流分量小得多，避雷器的全电流为680—700微安左右，而阻性电流基波峰值只有150—180微安左右，此时容性电流的数值接近于全电流，取2009年3月16日的数据计算说明：
容性电流分量计算： Ic= 682μA
阻性电流有效值是： Ir=188/1.414=133（有效值）
当阻性电流峰值增加到300微安的时候,全电流达到714微安,仅比695微安大了19微安，增加的比例是3%，但是阻性电流峰值恰恰增加了近112微安，增加的比例达到了60%。所以阻性电流增大对全电流增大的幅度并不大，全电流不能快速、正确发现避雷器内部的质量变化，而阻性电流才能是有效的、可靠的反映氧化锌避雷器内部的质量变化。所以测量阻性电流的技术对于反映避雷器的内部质量是可靠的。而目前有的厂家说明中提到，全电流增加的数值超过10%，即可以认为是有问题的，那么在这样的情况下阻性电流实际上可能已经增加了数倍，在这样的情况下，避雷器内部的功率损失已经达到惊人的水平，在全电流变化不大的情况下，实际上避雷器已经达到了难以承受的地步。
4避雷器泄漏电流的组成：
避雷器在运行电压下的泄漏电流的组成主要部分可以分解为：
1． 氧化锌本体的泄漏电流
2． 套管表面的泄漏电流
3． 流经隔弧筒与支架的泄漏电流
4． 套管内壁的泄漏电流与套管本身材料的泄漏电流
5． 空气在电场作用下的泄漏电流
在实际运行中，对于正常的避雷器的内部由于结构的固定与工艺的保证，所以内部的泄漏电流基本是维持在一定的范围内。但是套管的表面受到环境的影响，导至泄漏电流有微量变化，见下面表2的测量结果（测量仪器MD-1B氧化锌避雷器带电检测仪，被试避雷器为桥头变XXXX避雷器A相，数据时间为2008.9-2011.3）：
表2 不同环境下的泄漏电流值
测试时间
试品状况
全电流（μA）
阻性电流（μA）
2011.3.10
避雷器表面干净
环境温度：15℃
相对湿度：30%
675
150
2008.9.23
避雷器表面轻微污染
环境温度：27℃
相对湿度：60%
711
165

上表中的数据表明：避雷器在外界环境变化因素下，在泄漏仪器上测量的电流的读数会随之而发生变化，按照规程规定，变动属于正常可控范围，数据可以反映内部的真实泄漏电流情况。
为了进一步验证以上结论，通过查阅资料，找到专业机构对避雷器组成的各个主要部件如芯体、套管进行测试，结果见表3所示：

表3避雷器组成的各部件的泄漏电流的测量结果：
条 件
在环境温度（9—140C） 相对湿度（60—70%）下的泄漏电流（μA）
试品序号
1
2
3
4
5
芯体部分
710
720
710
720
720
套管部分
27
29
28
28
26
隔弧筒部分
25
32
27
26
27

表3中的数据看出，在正常情况下，流经避雷器的电流大部分是流经避雷器的芯体柱部份的电流（大约占93%以上），因此泄漏电流表中测量到的读数应当讲是可以真实反映避雷器的芯体柱的运行状态。结合表2，在外表污染的情况下，表面的泄漏电流的增加，但其增幅属于可接受范围。
5、避雷器带电测试
避雷器带电测试是通过专用的阻性电流测量仪获得避雷器运行时的全电流Ix，以避雷器端电压U为基准向量，通过比较Ix与U的相位，将Ix中阻性分量IR与容性分量Ic分离出来，从而根据阻性分量IR的变化来判断避雷器的运行状况。将试验设备的电流回路并联于避雷器泄漏电流监控仪两端，因监控仪内阻较大，故可不计分流，即可获得避雷器的全电流。将试验设备电压回路并联接到被测相母线TV二次电压端子上，可获得母线电压的相位。现场测量接线图如图2所示。

图2　避雷器带电测试接线
通过多年的数据积累和实际经验，当测量值与初始值比较，阻性电流增加1倍时，应停电检查。很多实测例子表明，阻性电流增加30％～50％时，就应注意加强监测，这就需要加强变电站值班人员的日常巡视制度。当阻性电流增加1倍时就应报警，安排停运检查。在线监测或带电测量原则上可以代替部分停电试验，但是，当在线监测发现绝缘有问题时，还应停电试验。
对新投运的110kV以上避雷器，在投运初期，应每月带电测量一次避雷器在运行电压下的泄漏电流，三个月后改为半年一次。有条件的尽可能安装在线监测仪，以便在巡视时观察运行状况，防止泄漏电流的增大。
不同生产厂家，对同一电压等级的避雷器在同一运行电压下测得的泄漏电流值差别很大，不应用泄漏电流的绝对值作为判定避雷器质量状况的依据，而应与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。
电压升高、温度升高、湿度增大，污秽严重都会引起避雷器总电流、阻性电流和功率损耗的增大，这是应该注意的。
在带电测试时，对发现异常的避雷器，在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，建议停电作直流试验，测取直流参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以确诊避雷器是否质量合格。确认避雷器存在质量问题，应及时与制造厂联系，以便妥善处理
从今年春季的避雷器带电测试工作的结果来看，所辖变电站的全电流、阻性电流与损耗功率较初始值均未有明显变化，表明在最近一段时期内，所辖站避雷器的老化速度总体较为缓慢，仍处于可控状态。同时，结合今年的XXXX大修工作中的试验内容，对之前的避雷器带电测试所得出的结论进行了验证，结果如下：
表4：XXX变部分避雷器带电测试情况
运行编号
总电流（u A)
阻性电流（u A)
功率（W）
A
B
C
A
B
C
A
B
C
XXX避雷器
468
449
439
90
92
92
59
58
56
XXX避雷器
434
419
442
86
82
92
56
55
57
XXX避雷器
592
557
585
123
111
122
80
73
76
XXX避雷器
605
553
573
126
113
119
82
74
74

与初始值相比未发现明显变化，避雷器状态正常。

表5：XXX变部分避雷器例行试验情况
运行编号
部位
I0.75U1mA
A
B
C
XXX避雷器
上
43
40
39
下
15
17
20
XXX避雷器
上
40
43
41
下
35
36
30
XX避雷器
上
28
37
35
下
15
23
17
XXX避雷器

上
42
33
30
下
25
23
30

从上表可以看出，例行试验的结果有力的验证了带电测试所得的结论，在0.75U1mA电压下，所得电流值均未超过50微安，按照试验规程规定，属于正常状态。
在运行情况下，带电测试无间隙金属氧化物避雷器，可以及时有效的了解运行情况下的金属氧化物避雷器的真实绝缘状况，通过大量的数据采集和积累，还可以制作避雷器发展趋势折线图，在现有条件下对避雷器老化状况进行发展趋势预测，以便对避雷器的绝缘状况作出及时和准确的判断。