氧化鋅避雷器帶電測(cè)試原理、方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

氧化鋅避雷器帶電測(cè)試原理、方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)氧化鋅避雷器帶電測(cè)試原理、方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)氧化鋅避雷器帶電測(cè)試原理、方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月氧化鋅避雷器帶電測(cè)試原理、方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：氧化鋅避雷器帶電測(cè)試原理、方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（傅祺，成都鐵路局供電處工程師37883張丕富，成都鐵路局多元工程師）摘要避雷器是保證牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一，接觸網(wǎng)線路上使用的避雷器均需在雷雨季節(jié)來(lái)臨前進(jìn)行一次預(yù)防性試驗(yàn)以證明避雷器的電氣性能良好，可以正常運(yùn)行，能保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。由于電氣化鐵路運(yùn)行的特殊性，常規(guī)避雷器預(yù)防性試驗(yàn)受天窗時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)條件限制，很難開展，氧化鋅避雷器帶電測(cè)試的研制使用為解決這一難題提供了新的途徑。關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)；避雷器；預(yù)防性試驗(yàn)；1引言避雷器是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一，主要用于限制由線路傳來(lái)的雷電過(guò)電壓或操作引起的內(nèi)部過(guò)電壓。為保證金屬氧化物避雷器的安全運(yùn)行，必須定期測(cè)試避雷器的電氣性能。接觸網(wǎng)線路的雷電過(guò)電壓保護(hù)基本上采用避雷器來(lái)完成，檢測(cè)避雷器的主要手段仍然是周期性停電預(yù)試項(xiàng)目，這樣既耗費(fèi)了人力、物力，還常因停電原因不能完成避雷器預(yù)試項(xiàng)目。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各線每年均有避雷器因自身原因發(fā)生擊穿而造成停電的事故發(fā)生?？梢?jiàn)，避雷器運(yùn)行狀態(tài)是否良好、能否得到較好的監(jiān)控，與鐵路供電質(zhì)量的穩(wěn)定可靠有密切關(guān)系。這就需要我們盡快找到一種能解決該問(wèn)題的方案。2現(xiàn)狀按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求：變電所和接觸網(wǎng)線路上使用的避雷器均需在雷雨季節(jié)來(lái)臨前進(jìn)行一次預(yù)防性試驗(yàn)以證明避雷器的電氣性能良好，可以正常運(yùn)行，能保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。由于電氣化鐵路運(yùn)行的特殊性，避雷器預(yù)防性試驗(yàn)?zāi)壳按嬖诤芏鄦?wèn)題：目前牽引供電系統(tǒng)氧化鋅避雷器預(yù)防性試驗(yàn)的方法是直流耐壓試驗(yàn)：即測(cè)試直流1mA電壓（U1mA）及（U1mA）下的泄漏電流。這種測(cè)試方法需要停電進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果受空氣濕度和氣溫的影響較大。每臺(tái)避雷器測(cè)試時(shí)間需要40分鐘左右的天窗時(shí)間。受饋線天窗影響，如天窗時(shí)間短、天窗時(shí)間多數(shù)為夜間、繁忙區(qū)段天窗時(shí)間無(wú)法保證等因素（特別是高鐵區(qū)段，饋線天窗幾乎不可能安排在天氣晴朗的白天），造成變電所饋線避雷器及接觸網(wǎng)線路避雷器每年的預(yù)防性試驗(yàn)無(wú)法正常進(jìn)行，給供電設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)了很大的安全隱患，近年來(lái)多次發(fā)生接觸網(wǎng)避雷器炸裂導(dǎo)致供電中斷的事故。為解決以上問(wèn)題，我們需要采取一種新的不需要停電，在運(yùn)行情況下就可以進(jìn)行避雷器檢測(cè)的方法，確認(rèn)避雷器狀態(tài)是否良好。3.測(cè)試原理運(yùn)行狀態(tài)的氧化鋅避雷器，在運(yùn)行電壓下的總泄漏電流包括阻性電流和容性電流。在正常情況下流過(guò)金屬氧化物避雷器的主要為容性電流，阻性電流只占很小的一部分，約為10%-20%。研究表明氧化鋅避雷器的內(nèi)部受潮、內(nèi)部原件絕緣不良、閥片嚴(yán)重老化及表面嚴(yán)重污穢時(shí)，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加。因此監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況下的泄漏電流尤其是阻性電流可以有效地反映氧化鋅避雷器的絕緣狀態(tài)。當(dāng)避雷器污穢嚴(yán)重或受潮，結(jié)果為阻性電流的基波成分增長(zhǎng)較大，諧波的含量增長(zhǎng)不明顯。當(dāng)避雷器氧化鋅閥片老化時(shí)，結(jié)果為阻性電流諧波的含量增長(zhǎng)較大，基波成分增長(zhǎng)不明顯。當(dāng)避雷器發(fā)生均勻劣化時(shí)，底部容性電流不發(fā)生變化；發(fā)生不均勻劣化時(shí)，底部容性電流增加。避雷器有一半發(fā)生劣化時(shí)，底部容性電流增加最多。根據(jù)以上原理，測(cè)試運(yùn)行電壓下氧化鋅避雷器的泄露全電流、阻性電流、功率損耗、諧波電流就可以判斷氧化鋅避雷器自身的變化情況，并且受天窗時(shí)間和天氣狀況的影響較小。4.測(cè)試方法氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀需測(cè)量電壓、電流信號(hào)，通過(guò)軟件分別計(jì)算容性分量、阻性分量（基波、諧波）。電流采樣是將儀器的電流回路傳入避雷器接地引線取得電流信號(hào)；電壓取樣從系統(tǒng)電壓互感器的計(jì)量端子取得電壓信號(hào)。而對(duì)于接觸網(wǎng)線路上的避雷器，沒(méi)有電壓互感器，如何采到電壓基準(zhǔn)信號(hào)是需要解決的課題。接觸網(wǎng)線路避雷器距離牽引變最遠(yuǎn)可達(dá)20km以上，而避雷器泄漏電流對(duì)應(yīng)的電壓參考信號(hào)需要在牽引變電站相應(yīng)的電壓互感器二次端子獲取，通過(guò)有線連接的方式是難以實(shí)現(xiàn)的。利用GPS同步技術(shù)，根據(jù)GPS信號(hào)生成的同步采樣觸發(fā)脈沖，在牽引變電站測(cè)量電壓信號(hào)，在接觸網(wǎng)線路避雷器上測(cè)量泄流電流信號(hào)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)根據(jù)GPS時(shí)鐘標(biāo)簽排序，分別保存在電流采樣裝置和電壓采樣裝置中。電壓采樣裝置放置在牽引變電站，連續(xù)采樣；當(dāng)與所取電壓互感器電壓信號(hào)相對(duì)應(yīng)的一段接觸網(wǎng)線路上所有的避雷器的泄漏電流測(cè)量都完成后，將電流采樣裝置與電壓采樣裝置放置在一起，用無(wú)線通訊連接兩個(gè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，根據(jù)GPS時(shí)鐘標(biāo)簽，組合所測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析從而，得到每一個(gè)氧化鋅避雷器的詳細(xì)測(cè)量數(shù)據(jù)?？蚣苋鐖D1。圖1系統(tǒng)框架示意圖電流取樣示意如圖2。對(duì)于避雷計(jì)數(shù)器架設(shè)較高，安全距離不夠或根本沒(méi)有裝設(shè)計(jì)數(shù)器的避雷器，避雷器接地排和桿塔接地極之間是采用螺栓連接的，也可以直接將測(cè)試裝置串接入避雷器接地排和接地極之間。4判斷標(biāo)準(zhǔn)《電力預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，每年雷雨季節(jié)前應(yīng)測(cè)量氧化鋅避雷器運(yùn)行電壓下的全電流，阻性電流和功率損耗，測(cè)量值與初始值有明顯變化時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)阻性電流增加一倍時(shí)，應(yīng)停電檢查。這條規(guī)定還是比較籠統(tǒng)的，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和應(yīng)用，對(duì)這條規(guī)定做以下補(bǔ)充：1）正常避雷器的相位角在80度以上，當(dāng)功率因數(shù)角小于80度時(shí)應(yīng)停電檢查。2）阻性電流基波含量正常情況應(yīng)大于各次諧波電流，如果諧波電流增大，超過(guò)基波電流或諧波電流含量增加1倍，基波電流增加不明顯時(shí)，是避雷器氧化鋅閥片老化，應(yīng)停電檢查。3）阻性基波電流與初始值相比有明顯變化，而諧波電流變化不明顯時(shí)，可能是避雷器污穢嚴(yán)重或受潮，基波電流增加一倍時(shí)，應(yīng)停電檢查。4）全電流明顯增大，而阻性電流沒(méi)有變化的情況可能是絕緣臟污造成，應(yīng)將絕緣擦拭干凈進(jìn)行試驗(yàn)，如果全電流仍然增大，說(shuō)明是外部絕緣老化或破損造成，5）同一個(gè)廠家相同型號(hào)同批次的避雷器測(cè)試參數(shù)相差不大，因此不僅可以與歷史數(shù)據(jù)比較來(lái)判斷避雷器運(yùn)行狀況，還可以橫向比較同批次的避雷器測(cè)試參數(shù)來(lái)判斷避雷器的運(yùn)行狀況。6）從上面的測(cè)試原理可以看出，僅僅以觀察總電流的變化情況來(lái)確定氧化鋅避雷器阻性電流的變化情況是困難的，只有將阻性泄漏電流從總電流中分離出來(lái)，分析阻性電流中的諧波含量，才能清楚地了解它的變化情況。5現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析用以上方法，利用GPS同步技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀的電壓測(cè)試裝置進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)北編開閉所幾只相同型號(hào)，相同廠家（河南金冠王碼信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司），同一批次的避雷器進(jìn)行測(cè)試，比較典型的測(cè)試數(shù)據(jù)如下1號(hào)進(jìn)線避雷器（1F）2號(hào)進(jìn)線避雷器（2F）3號(hào)饋線避雷器（3F）型號(hào)Y5WT-42/120Y5WT-42/120Y5WT-42/120出廠時(shí)間系統(tǒng)電壓(KV)全電流(mA)相位角(°)阻性峰值(mA)阻性1次(mA)阻性3次(mA)阻性5次(mA)阻性7次(mA)阻性9次(mA)從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，1F雖全電流偏大，阻性電流基波含量超出2F、3F一倍左右，但相位角，阻性電流，諧波電流較小，說(shuō)明1F表面污穢或外絕緣受潮，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控，縮短監(jiān)測(cè)周期。2F、3F全電流值，相位角正常，但阻性峰值電流與同批次，同型號(hào)的1F相差3倍以上，而且阻性電流各次諧波含量超過(guò)遠(yuǎn)