氧化鋅避雷器帶電測試原理、方法和試驗標(biāo)準(zhǔn)

氧化鋅避雷器帶電測試原理、方法和試驗標(biāo)準(zhǔn)氧化鋅避雷器帶電測試原理、方法和試驗標(biāo)準(zhǔn)氧化鋅避雷器帶電測試原理、方法和試驗標(biāo)準(zhǔn)資料僅供參考文件編號：2022年4月氧化鋅避雷器帶電測試原理、方法和試驗標(biāo)準(zhǔn)版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：氧化鋅避雷器帶電測試原理、方法和試驗標(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)來臨前進(jìn)行一次預(yù)防性試驗以證明避雷器的電氣性能良好，可以正常運行，能保證供電系統(tǒng)安全運行。由于電氣化鐵路運行的特殊性，常規(guī)避雷器預(yù)防性試驗受天窗時間和現(xiàn)場條件限制，很難開展，氧化鋅避雷器帶電測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；1引言避雷器是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要設(shè)備之一，主要用于限制由線路傳來的雷電過電壓或操作引起的內(nèi)部過電壓。為保證金屬氧化物避雷器的安全運行，必須定期測試避雷器的電氣性能。接觸網(wǎng)線路的雷電過電壓保護(hù)基本上采用避雷器來完成，檢測避雷器的主要手段仍然是周期性停電預(yù)試項目，這樣既耗費了人力、物力，還常因停電原因不能完成避雷器預(yù)試項目。據(jù)統(tǒng)計，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?？梢姡芾灼鬟\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題的方案。2現(xiàn)狀按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(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)來臨前進(jìn)行一次預(yù)防性試驗以證明避雷器的電氣性能良好，可以正常運行，能保證供電系統(tǒng)安全運行。由于電氣化鐵路運行的特殊性，避雷器預(yù)防性試驗?zāi)壳按嬖诤芏鄦栴}：目前牽引供電系統(tǒng)氧化鋅避雷器預(yù)防性試驗的方法是直流耐壓試驗：即測試直流1mA電壓（U1mA）及（U1mA）下的泄漏電流。這種測試方法需要停電進(jìn)行，測試結(jié)果受空氣濕度和氣溫的影響較大。每臺避雷器測試時間需要40分鐘左右的天窗時間。受饋線天窗影響，如天窗時間短、天窗時間多數(shù)為夜間、繁忙區(qū)段天窗時間無法保證等因素（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)防性試驗無法正常進(jìn)行，給供電設(shè)備運行帶來了很大的安全隱患，近年來多次發(fā)生接觸網(wǎng)避雷器炸裂導(dǎo)致供電中斷的事故。為解決以上問題，我們需要采取一種新的不需要停電，在運行情況下就可以進(jìn)行避雷器檢測的方法，確認(rèn)避雷器狀態(tài)是否良好。3.測試原理運行狀態(tài)的氧化鋅避雷器，在運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，容性電流變化不多，而阻性電流卻大大增加。因此監(jiān)測運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較大，諧波的含量增長不明顯。當(dāng)避雷器氧化鋅閥片老化時，結(jié)果為阻性電流諧波的含量增長較大，基波成分增長不明顯。當(dāng)避雷器發(fā)生均勻劣化時，底部容性電流不發(fā)生變化；發(fā)生不均勻劣化時，底部容性電流增加。避雷器有一半發(fā)生劣化時，底部容性電流增加最多。根據(jù)以上原理，測試運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，并且受天窗時間和天氣狀況的影響較小。4.測試方法氧化鋅避雷器帶電測試儀需測量電壓、電流信號，通過軟件分別計算容性分量、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；電壓取樣從系統(tǒng)電壓互感器的計量端子取得電壓信號。而對于接觸網(wǎng)線路上的避雷器，沒有電壓互感器，如何采到電壓基準(zhǔn)信號是需要解決的課題。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應(yīng)的電壓參考信號需要在牽引變電站相應(yīng)的電壓互感器二次端子獲取，通過有線連接的方式是難以實現(xiàn)的。利用GPS同步技術(shù)，根據(jù)GPS信號生成的同步采樣觸發(fā)脈沖，在牽引變電站測量電壓信號，在接觸網(wǎng)線路避雷器上測量泄流電流信號，所測得的數(shù)據(jù)根據(jù)GPS時鐘標(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相對應(yīng)的一段接觸網(wǎng)線路上所有的避雷器的泄漏電流測量都完成后，將電流采樣裝置與電壓采樣裝置放置在一起，用無線通訊連接兩個裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，根據(jù)GPS時鐘標(biāo)簽，組合所測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析從而，得到每一個氧化鋅避雷器的詳細(xì)測量數(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。對于避雷計數(shù)器架設(shè)較高，安全距離不夠或根本沒有裝設(shè)計數(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)防性試驗規(guī)程》的規(guī)定，每年雷雨季節(jié)前應(yīng)測量氧化鋅避雷器運行電壓下的全電流，阻性電流和功率損耗，測量值與初始值有明顯變化時應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，當(dāng)阻性電流增加一倍時，應(yīng)停電檢查。這條規(guī)定還是比較籠統(tǒng)的，通過現(xiàn)場測試和應(yīng)用，對這條規(guī)定做以下補充：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，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，可能是避雷器污穢嚴(yán)重或受潮，基波電流增加一倍時，應(yīng)停電檢查。4）全電流明顯增大，而阻性電流沒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，如果全電流仍然增大，說明是外部絕緣老化或破損造成，5）同一個廠家相同型號同批次的避雷器測試參數(shù)相差不大，因此不僅可以與歷史數(shù)據(jù)比較來判斷避雷器運行狀況，還可以橫向比較同批次的避雷器測試參數(shù)來判斷避雷器的運行狀況。6）從上面的測試原理可以看出，僅僅以觀察總電流的變化情況來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，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)場測試數(shù)據(jù)分析用以上方法，利用GPS同步技術(shù)對傳統(tǒng)氧化鋅避雷器帶電測試儀的電壓測試裝置進(jìn)行改進(jìn)，對北編開閉所幾只相同型號，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)行測試，比較典型的測試數(shù)據(jù)如下1號進(jìn)線避雷器（1F）2號進(jìn)線避雷器（2F）3號饋線避雷器（3F）型號Y5WT-42/120Y5WT-42/120Y5WT-42/120出廠時間系統(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)從以上實驗數(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，說明1F表面污穢或外絕緣受潮，應(yīng)加強(qiáng)運行監(jiān)控，縮短監(jiān)測周期。2F、3F全電流值，相位角正常，但阻性峰值電流與同批次，同型號的1F相差3倍以上，而且阻性電流各次諧波含量超過遠(yuǎn)