氧化锌避雷器泄露电流测量与分析

刘朝晖（神华包神铁路有限责任公司，017000）



氧化锌避雷器泄露电流测量与分析

刘朝晖
（神华包神铁路有限责任公司，017000）

摘要：作为市场中避雷器的一种，氧化锌避雷器在其同类设备中应用效果较好，当各类电子元器件受到损害时，氧化锌避雷器能够较好地对其产生保护作用。另一方面，当发生电流泄露时，操作人员需要及时地将其检测出来，并采取相应的办法对数据进行专业处理和分析。基于此，本文中笔者对氧化锌避雷器泄露电流测量试验分析，并提出相关的防泄漏策略。

关键词：电流泄露；信号处理；氧化锌避雷器；策略

0　引言

氧化锌避雷器相较于传统的避雷器凸显出自身的较多优点，其保护性能较好，并且具有一定的非线性特征以及残压低、通流容量大等优点，因此已经被广泛的应用到我国各地区电力系统之中，进而提高电力系统的安全稳定性，延长电器元件的使用寿命。然而每个事物都具有两面性，我们可以看到氧化锌避雷器优越性能的同时，也要发现其具有的缺陷，在长时间的工作中，氧化锌避雷器一直承载着较高的电压，而这种电压会促使其阀片寿命降低发生裂化现象，最终导致氧化锌避雷器出现损坏甚至减少使用寿命；且由于设备自身结构原因会使得长期运行后，氧化锌避雷器内的阀片很容易受潮，进而导致电流的增大，而电流的增大又会使阀片劣化加剧，从而造成了恶性循环。在此过程中，由于泄漏电流中会带有阻性电流，而阻性电流又会使阀片的温度升高造成更大的功耗，最终导致热崩溃现象，当严重的时候，可能会导致氧化锌避雷器发生爆炸事故，对周边电气设备造成一定程度的影响。因此，我们有必要对氧化锌避雷器电流定期检测，及时了解系统的安全运行情况，从而确保电力系统的安全稳定运行。

1　检测方法分析

在过去，由于人们缺乏先进的检测技术与设备，因此只能进行定期的停电来检测氧化锌避雷器的安全运行状况，其检测方法主要分为两种：其一是判断氧化锌避雷器内部是否进水变潮或者硅橡胶是否受到损伤时，主要通过检测氧化锌避雷器的绝缘电阻是否低于规定的数值；其二测量氧化锌避雷器安全性的方法是当直流为1mA时，操作人员需检测电压U1mA和75%U1mA情况下的泄露电流，进而能够及时去发现避雷器的劣化、绝缘质的裂纹和松散断裂等情况。然而经过长期试验可发现，以上两种检测方法都是存在缺陷的。首先，由于检测过程中需要断电，因此对周边的生产、生活都带来极大的不便与麻烦，且在断电情况下进行的测试与真实的情况具有较大的差异，难以有效地反映出避雷器真实的运行状况。除此之外，由于试验与真实环境存在较大差异，因此数据不能保证准确性；并且进行试验过程中，要耗费大量的人力与时间，同时难以及时发现在测试过程中发生的故障，因此在线测试和带电检测两种新的检测方法应运而生。

1.1测量总泄露电流法。总泄漏电流法原理如图1-1所示，该方法是依托于微安表对氧化锌避雷器的电流泄露情况进行检查。在测试过程中，我们需要提前设置一个假设条件，即氧化锌避雷器总泄露电流容性分量保持不变，但是一旦避雷器出现老化现象亦或是受潮之后，避雷器的阻性分量就会发生变化，从而导致避雷器的电流总泄露量发生变化。

图1-1　总泄露电流法测量原理图

总泄露电流法尽管可以在某一程度上反映出避雷器的受潮和老化等问题，但是我们知道阻性分量在总泄露电流中占据的比例并不是很大，当阻性电流增加到很大的时候我们可以发现总的泄露电流的变化还不是很大，所以这个方法并不是很好对于电流的泄露反应不是很灵敏，基本上用在不很特别重要的避雷器上或者在检查避雷器工作情况的时候作为一个初步的参考判断。

1.2三次谐波法。三次谐波法是氧化锌避雷器的总阻性电流IR和阻性电流三次谐波IR3的比值，我们判断总阻性电流IR的变化依据是通过阻性电流三次谐波分量IR3的变化数据得出的，其原理如图1-2所示。假设氧化锌避雷器为正常运行，则三相总泄漏电流中的容性基波电流与阻性基波电流可分别相互抵消。此时，三相阻性电流三次谐波值之和等于CT测得三相接地线上的电流I0。除此之外，氧化锌的阀片也会慢慢地发生劣化，而三次谐波阻性电流IR3总阻性电流IR之间的比例关系也会发生变化。因此，从整体来看三次谐波法是存在一定缺陷的。

图1-2　三次谐波法测量原理图

1.3补偿法。当氧化锌避雷器发生电流泄露时，其阻性电流会使避雷器的阀片开始发热。补偿法则是利用外加容性电流来抵消泄漏电流中与母线电压相位差π/2的容性分量来阻性电流分量的。如图1-3所示，LCD检测仪将采集到的电压信号传输到相位旋转π/2时，这时仪器便会调节自己，使kU=IC。这个方法是十分方便的可以直接的得到阻性电流。但是这个方法也有其缺点就是只有当MOA的阻性和容性电流的相位是π/2的时候我们才可以得到氧化锌避雷器的实际工作状况。但是在实际的测试环境中，由于三相间杂散电容的存在会干扰从而使容性的电流和电压的相位不是π/2的关系，进而使我们的测量变的不准确存在的误差较大。

1.4基波法。基波法的测量原理是指在电网电压的作用下，氧化锌避雷器总泄漏电流中做功产生的热量会只有阻性基波电流，其可以同步地采集氧化锌避雷器上的电压和总泄漏电流信号。由于阻性基波电流对电网电压谐波的作用并不会产生影响，因此可将电压的信号快速变换为傅立叶，这时就可以得到基波电流和电压的幅值和相角，再根据以上的两个数据就可以得到阻性基波电流。

图1-3　补偿法测量原理图

基波法可以很好的测出氧化锌避雷器的运行状态方法既简单又灵敏，但是他有一个缺点基本上没有考虑到阻性电流中的高次谐波对避雷器的工作状态的影响。当氧化锌避雷器的阀片老化的时候会导致氧化锌避雷器性能的下降，在系统的运行过程中基波的比例会下降而高次谐波的比例会很明显的增加。除此之外，如果系统在运行的时候有谐波分量存在这是阻性电流的基波分量也会发生一些变化，这时如果电压谐波分量比较高的时候，那么用这个方法测量氧化锌避雷器工作状态的时候误差会比较的大。

1.5各次谐波法。各次谐波法的运用是在基波法的基础上利用FFT对测量到的电流和电压进行分析，从而得到阻性电流和电压的各次谐波的参数，进而对MOA的工作情况进行分析。他弥补了基波法的缺陷，不但可以检测到氧化锌避雷器因阻性电流高次谐波带来的影响而且还可以检测到因受潮引起的电流变化。除此以外，各次谐波法还可以分析到电压信号的成分进而分析电压谐波对氧化锌避雷器造成的影响。

1.6红外热像测温。采用温度测量法无法让我们直接了解到氧化锌避雷器的运行情况，但是温度确实是氧化锌避雷器运行过程中的影响因素之一。在电压的连续作用下，其温度的变化会影响到能量损失的变化，其正常工作时，氧化锌避雷器有着较高的能量吸收率，甚至超过了自身能量损失的数倍，一旦电压超过额定值，设备温度就会升高，但是过一段时间即可恢复原数值。部分人员会将一些常用的温度检测仪器放在避雷器的旁边，其实这样会影响到仪器的测量与数值；而将其放在避雷器内部，则影响到信号的传输，且氧化锌避雷器也将密封不严。为了避免此情况，可设计出一种全新的温度测量系统，如图1-4所示。首先，振荡器会发出一个高频信号，然后阀片之间会有一个SAW的传感器将其接收到并加以检测，之后会发出温度信息的信号，此时在现场会有专门的数据采集设备将其接收。最终经过分析且根据周围的环境温度数值，我们可以最终得到需要的温度数据。

这种SAW的传感器基本上是做成阀片的形状，放置在氧化锌避雷器的内部的阀片的间隔，因为其接收的信号和发射的信号都是高频的因此监视现场对其影响是很小的。利用这个方法我们可以非常容易的检测到氧化锌避雷器的老化和受潮导致的发热问题。其对于正在生产和没有安装的氧化锌避雷器有很大的应用前景，但是对已经在运行中的避雷器则起不到任何的作用。

2　现场试验降低干扰的方法

氧化锌避雷器在运行的条件下进行泄露电流的测试容易受到各种因素的干扰，从而影响结果的准确性。对于氧化锌避雷器安装位置相对较固定的时候，电场对氧化锌避雷器的干扰也会呈现出一定规律。在现场测试中，我们可以对泄露电流的结果进行纵向比较，进而发现其内在规律；同时，可对三相测试结果进行横向比较，让泄露电流在一定的区间内进行变化。另外，为了在测试过程中消除母线电压波动的影响，可以按一定顺序测量两次，若数值变化不大即可忽略母线瞬时对电压波动的影响。

3　测试结果分析

现在我们的设施基本上使用补偿和基波法原理来对泄露电流的分量进行测量。我们利用这种设备MOA-RCD-4测得的MOA实验数据由下表所示：

表1　10KV MOA阻性电流的测试数据

表1和2为包神铁路东胜、神东配电所MOA阻性电流的测试数据。从以上表格中的数据我们可以知道A相比较大一点，B相是正常的，C相比较偏小一些，其主要是因为相间的电容的影响。对于10KV的MOA的氧化锌，A相和C相对于B相得电流我们允许其有小于10%的偏差，这个时候相间杂散的电容影响是比较小的。

表3和表4 是包神铁路沙沙圪台配电所的MOA避雷器阻性电流的峰值和基波峰值测量所得的实验数据。为了准确的了解MOA避雷器的运行的稳定性情况，我们将对阻性电流的基波峰值进行测量作为一个参考。与此同时，我们的测量所得的数据又会受到温度的很大影响，当温度不一样的时候，对于同一个MOA避雷器测量得到的阻性电流随着温度的变化是很相近的。

表2　10KV MOA阻性电流测试峰值数据

表3　110KV MOA阻性电流峰值测试数据

表4　110KV MOA阻性电流基波峰值数据

4　结语

国内当前多采用补偿法来测量氧化锌避雷器的电流泄露情况，其有效避免了因电网电压谐波引起的一些分量状况，从而提高了阻性电流分量测量的精确度，并且更加操作便捷、使用方便。然而，由于电流泄露的成因复杂，因此不一样的环境中，绝缘子电流的泄露量会存在着较大的差异，因此许多检测依旧不准确，针对于此，我们还需深入测试与研究，进而促进电流测量工作的开展。

参考文献

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Measurement and analysis of leakage current of Zinc Oxide arrester

Liu Zhaohui
（Shenhua Baoshen railway limited liability company，017000）

Abstract：In this paper, the author analyzes the leakage current measurement test of Zinc Oxide arrester, and puts forward the relevant leakage prevention strategy.

Keywords：current leakage; signal processing; Zinc Oxide arrester; strategy