不同情况下氧化锌避雷器阻性电流的在线监测研究

李宁+++方琼+++吕静志+++马毅东+++单大鹏

摘 要：文章以电压为参考信号，分别对纯脏污、带水脏污、表面多水、少水等不同情况的氧化锌避雷器进行阻性电流在线监测研究，根据泄露电流与参考信号的相位差，提取阻性成分，分析避雷器外表面不同情况下阻性电流的变化。文章研究结果可以为变电站氧化锌避雷器设备的运行和维护提供参考。

关键词：氧化锌避雷器；泄露电流；阻性电流；在线监测

本文对不同情况下的氧化锌避雷器进行了在线监测研究。以电压信号为参考，根据泄露电流与参考电压之间的相位关系确定泄露电流的阻性部分。针对氧化锌避雷器的工作原理和具体结构，设计避雷器阻性电流检测实验平台。基于Labview平台设计阻性电流检测和分析软件，实现全电流显示、阻性电流分流、全电流、阻性电流最大值显示和数据存储，完成对氧化锌避雷器阻性电流的监测。在实验过程中改变避雷器外表面复合绝缘子表面脏污状态，分析表面状态变化对全电流、阻性电流的影响规律。对避雷器进行表面人工淋水试验，分析表面水份对全电流及阻性电流的影响。依据上述实验结果可对氧化锌避雷器的运行和维护方案提供参考，具有一定的实践意义和工程价值。

1 实验设置

1.1 阻性电流的提取方法

氧化锌避雷器主要结构由氧化锌阀片组成的，其等值电路如图1所示。在电路中，R0表示由氧化锌阀片的线性电阻，R表示氧化锌阀片的非线性电阻，C0为氧化锌阀片的电荷电容与位移极化电容之和，Cl-Rl、C2-R2则分别代表两个有损极化过程的吸收支路，L表示氧化锌阀片的本体电感。

本文所做研究以图2所示简化模型为依据，通过确定泄漏电流与所施加交流电压间的相位关系来分离阻性电流，即利用电压信号作为参考提取阻性电流。

氧化锌电阻是一个非线性电阻，阻性电流波形和全电流波形并不是准确的正弦波。所以需要通过非线性的电容流过的容性电流来得到阻性电流的波形及其关键数据。通过接地引线上采集总泄漏电流i已知，总泄露电流的幅值和在避雷器的高压、接地端子间施加交流电压与总泄露电流相角差可以确定泄露电流的容性部分ic，根据总泄露电流与容性和阻性部分之间的关系即可以确定阻性部分iR。

1.2 试样选取

本文所做氧化锌避雷器阻性电流在线监测的实验根据实验条件的不同总共分为三组：

（1）10kV外表面复合绝缘子干净的避雷器。包括表面泄露电流和不包括泄露电流两种情况。不包括表面泄露电流的情况利用铜箔缠绕避雷器表面将表面泄露电流采集前接入大地。

（2）10kV外表面复合绝缘子表面脏污状态避雷器。根据脏污的不同分为两组，分别是纯脏污状态和带水脏污状态。

（3）10kV外表面复合绝缘子表面人工淋水避雷器。根据水分的多少分为两组，分别是少量人工淋水和大量人工淋水两种情况。

1.3 测量步骤

针对氧化锌避雷器的工作原理和具体结构，设计避雷器阻性电流检测实验平台。平台包括交流高压试验电源、阻容分压器、高速数字存储示波器、高速数据采集卡、PC机等主要部件。通过在避雷器的高压、接地端子间施加交流电压，使避雷器工作在正常运行状态，在接地引线上采集泄漏电流，根据泄漏电流与所施加交流电压间的相位关系，分离阻性电流。利用万用表测量采集泄露电流的电阻和参考电压信号的降压电阻。程序运行前需进行相位补偿，选定实验条件和测量波形数及存储位置后施加电压。10kV为避雷器额定工作电压（线电压有效值），本研究对避雷器进行单相实验，所加电压为相电压，即■kV。规定时间后，程序终止运行，关闭避雷器供电电源。

采用基于Labview设计的软件平台对采集到的数据进行分析和处理，软件可实现全电流显示、阻性电流分流、全电流、阻性电流最大值显示和数据存储。

2 结果与讨论

图3为实验条件下，氧化锌避雷器在正常的工作电压下其泄漏电流及其容性和阻性部分的波形。总泄露电流由容性部分和阻性部分组成。避雷器电容可以近似看为良好的线性电容，故泄露电流的容性部分为正弦。避雷器的电阻为非线性电阻，随着电流的增加，电压增加量减少，故总泄露电流的阻性部分不是正弦波形。避雷器正常运行状态下，阻性电流仅占全泄露电流的5%-20%。

表1为六种不同情况下氧化锌避雷器全泄露电流和阻性电流的最大值及阻性电流占全泄露电流百分比。由表中数据可知，避雷器复合绝缘子外表面状态变化会影响全泄露电流和阻性电流的变化，阻性电流变化比全泄露电流更加明显。

对于干净避雷器而言，避雷器表面泄露电流对其全泄露电流和阻性电流影响很小。对于表面脏污和淋水的氧化锌避雷器，对比干净避雷器结果可知，氧化锌避雷器表面受到脏污和水分影响时，其全泄露电流和阻性电流均会增加，这表明表面脏污和淋水均是影响避雷器阻性电流的重要因素，且表面淋水的避雷器电流更大，说明水分因素比脏污对避雷器的影响更大。表面脏污的情况下，表面有带水脏污的避雷器全泄露电流和阻性电流更大，大量淋水的避雷器电流大于少量淋水的试样，说明水分对于避雷器泄露电流和阻性电流的影响十分明显。阻性电流占全泄露电流的百分比在有脏污和淋水的情况下也明显变大，且水分越多，占比越高，但阻性电流占全泄露电流的百分比仍在5%-20%以内，氧化锌避雷器仍然处于正常的工作状态。

本文中除第一组中的不含表面泄露电流的情况实验外，其他关于氧化锌避雷器阻性电流的测量均是在含有表面泄露电流的情况进行的，在进一步的数据处理中不考率第一组中的不含表面泄露电流的情况。根据下式

其中，I1为干净避雷器包含表面泄露电流、In为其他几种情况，可以计算出不同情况下全泄露电流和阻性电流的增长率，结果发现氧化锌避雷器表面状态的变化会引起全泄露电流的和阻性电流的增加，且阻性电流的增加的比全泄露电流更加明显，因此，在氧化锌避雷器的在线监测中，对阻性电流的监测对于确定氧化锌避雷器的运行状态更为容易和简单。表面脏污的情况下，有带水脏污的避雷器电流增长率较大，而表面淋水的避雷器中，大量淋水时避雷器的电流增长率要远远大于少量淋水的情况，此结果说明水分对氧化锌避雷器的全泄露电流和阻性电流的影响较大，与上文所述结果相符。因此，在氧化锌避雷器的运行维护中，对于表面水分的处理十分重要。

上述各种情况下虽然避雷器的阻性电流有所增加，但避雷器仍然处于正常工作状态。因此仅通过偶然阻性电流的测量以及单一通过阻性电流值增长并不能够确定氧化锌避雷器一定需要进行维修或更换。但在氧化锌避雷器的运行过程中，避雷器阻性电流的增加会导致氧化锌电阻温度增加，使氧化锌避雷器閥片发热，若阀片长期处于发热状态下，将会导致氧化锌避雷器的损坏和劣化。故需要对阻性电流的持续监测，观测避雷器阻性电流的变化情况以及其占全泄露电流百分比以确定氧化锌避雷器的状态，保证其安全稳定运行。

3 结束语

本文对不同情况下的氧化锌避雷器进行了全泄露电流和阻性电流检测，结果表明不同状态下氧化锌避雷器的全泄露电流和阻性电流变化情况不同，且避雷器外表水分对于避雷器全泄露电流和阻性电流的影响较大。为了通过氧化锌避雷器阻性电流的监测正确判断避雷器的运行状态，要尽量减小水分的影响。为了更好的确定电力系统中避雷器运行正常，保证电力系统可靠运行，要对避雷器进行定期的在线监测。监测过程尽量减小水分的影响，最好在晴朗干燥的天气完成对避雷器阻性电流的在线监测，保证测量结果对避雷器运行状态的可靠判断。

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