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实现配网氧化锌避雷器无线带电普查的可行性分析
信息来源:本站新闻  添加时间:2011-10-17  阅读次数:6837

实现配网氧化锌避雷器无线带电普查的可行性分析

     分析国内外氧化锌避雷器测试状况,提出配网线路氧化锌避雷器无线带电测试方法,详细介绍三次谐波分析法原理判断氧化锌避雷器老化程度的科学性、可靠性、方便性以及实现普查的可行性。

1前 言

    氧化锌避雷器是供电线路和供电设备的重要保护设施,如果老化、损坏、失效,可能引起大型故障。处理故障要投入大量的人力物力,因此,对运行中的氧化锌避雷器定期检测能够有效的排除事故隐患,保障电力系统运行安全,提高供电质量。国内外在氧化锌避雷器方面的测试设备可谓层出不穷,大体分为实验室设备和现场测试设备。用实验室测试设备进行测试就必须将线路上的氧化锌避雷器拆除拿到实验室,由于工作量大,效率低下,不适合开展大面积的设备普查工作。现场测试设备大多必须在停电情况下才能测量,也不适合开展大面积的设备普查工作。再有一种能够在带电情况进行测量,但是必需通过引线才能进行测量,存在巨大的安全隐患,也不适合开展大面积的设备普查工作。

2三次谐波分析法引述

    非线性导致阻性电流中必然存在三次谐波Ir3是诊断氧化锌避雷器老化和故障的特征量。测Ir3仪器不需参考电压,在线或带电检测中使用简便。氧化锌避雷器在10~500 kV各种电压等级电网中都得到广泛应用。它的在线诊断技术也飞速发展,国内外通用的做法是测量氧化锌避雷器的阻性电流,可以分为两大类:一类是测量阻性电流大小Ir;另一类是测量阻性电流中的3次谐波分量Ir3。前者的典型代表是20世纪80年代中期进入中国市场的日本LCD-4氧化锌避雷器阻性电流测试仪,90年代国产的型号非常多,成了我国主要的测试仪;而以测Ir3为对象的测试仪在20世纪80年代初由ASEA公司进入中国。尽管国外许多文献都认为Ir3和Ir都可作为判定氧化锌避雷器老化或故障的指标,但在我国测Ir3的仪器没有得到推广。由于以LCD-4为代表的测Ir的仪器利用补偿电容电流的原理,因此提供角误差很小的参考电压U是关键,这不仅导致测试仪器价格昂贵,且使用中也很不方便;而测三次谐波Ir3的仪器不用参考电压,仪器价格便宜。因此全面认识测Ir3的原理,分析三相中相间的影响与校正,从而把这一原理推广到氧化锌避雷器在线测量及诊断中是有益的。

3三次谐波分析法原理

    在正常情况下,氧化锌避雷器等效于一个电阻和一个电容并联,氧化锌避雷器在施加工频交流电压时,产生泄露电流。泄露电流(全电流)含有容性成分和阻性成分(即容性电流和阻性电流),阻性电流约占全电流的10%–20%;由于高压线路(6KV以上线路)的供电电压失真度很小,容性电流和阻性电流的三次谐波很小(小于5%)。当氧化锌避雷器内部受潮或有污渍时,其等效电路相当于在原等效电路旁多并联了一个线性电阻,总泄漏电流会明显增大。而三次谐波电流变化很小。当避雷器老化后,避雷器的耐压值降低,在线路额定电压下,基波阻性电流增大;同时,避雷器的等效电阻进入非线性区,从而产生高次阻性电流谐波(含三次阻性电流谐波),其中三次阻性电流谐波增大幅度最明显。在氧化锌避雷器总泄漏电流的三次谐波中,含有容性电流三次谐波和阻性电流三次谐波。容性电流三次谐波是由电网电压的三次谐波成分引起的。通常,电网电压的三次谐波变化不大且有一定的波动范围。而当氧化锌避雷器发生老化时,则阻性三次谐波会比正常状况时明显增加,老化越严重,增加越大。因此,测试总泄漏电流和三次谐波电流的变化情况,就可以及时判断氧化锌避雷器的工作状况,即是否有老化和受潮情况发生。即当总泄漏电流增大幅度明显而三次谐波电流变化不大时,有可能是避雷器潮湿或有污渍;当总泄漏电流变化不大时而三次谐波电流增大幅度明显是则说明避雷器老化。

4三次谐波数据可靠性分析

    当避雷器施加工频交流电压在0.7∽1.0 p. u(p. u为避雷器的额定电压)变化时利用傅立叶分析3次谐波分量Ir3的实测结果如下:μ

表1 不同电压下的阻性电流ir和3次谐波ir3

施加电压U

     ir(μA)

ir3(μA)

   0.7p. u

      114.8

    39.7

   0.8p. u

      194.7

    78.6

   0.9p. u

      366.1

    164.0

   1.0p. u

      841.0

    409.7

    显然,施加电压越高,氧化锌避雷器的非线性越强,Ir增加越明显;同Ir相比Ir3增加更加明显。这表明Ir3有更好判断氧化锌避雷器老化的灵敏性。氧化锌避雷器的老化实际是氧化锌避雷器长期在施加线路额定电压,同时在室外恶劣气候条件(含雷电袭击)作用下,其耐压性能降低,即其实际额定电压下降,使其实际额定电压接近线路额定电压;此时,相当于上图中施加在避雷器上的电压增大,从而使Ir和Ir3增加。因此测试Ir和Ir3能判断氧化锌避雷器老化程度,而Ir3能更好反映氧化锌避雷器老化程度。由于各个生产厂的产品结构、材料、工艺等不同,所以避雷器参数不同,因此氧化锌避雷器带电测试数据没有统一的标准。只有根据和前一次测试结果比较作出判断,当测试结果增大一倍时避雷器应退出运行进行实验室试验以判断避雷器是否有问题。

5氧化锌避雷器数据异常原因分析

数据异常类型

全电流大

三次谐波小

全电流一般

三次谐波大

全电流大

三次谐波大

无电流信号

可能原因

避雷器潮湿

避雷器轻微

老化

避雷器高程度老化

避雷器因应力已断裂

已损坏

有污渍

 

系统电压过高

避雷器额定电压选择过低

避雷器引线接触不好

6氧化锌避雷器无线带电检测仪组成及测试原理

    仪器由高压钳型电流传感器 、绝缘操作杆和主机组成。高压钳型电流传感器夹在避雷器高压端或接地端(视具体情况,如能卡在接地端最好卡在接地端),将采集到的小电流信号放大调理,在微处理器控制下转化数字信号,并通过无线电信号,传输到主机。主机收到高压钳型电流传感器的数字信号,经计算得到氧化锌避雷器漏电电流的总电流的峰值、有效值。同时,计算出泄漏电流的三次阻性谐波含量,通过三次阻性谐波含量可以判断避雷器的老化程度。实现了氧化锌避雷器在线不停电测试,不需爬杆,无需接线,测试快速准确。

    采用该测量方法进行测量能够方便、准确的掌握运行中氧化锌避雷器的老化情况而采取相应的措施,从而大大提高线路的安全性,降低发生雷击断线事故和降低雷击导致线路跳闸概率。大大降低配网线路及设备的故障率,从而确保配网的安全运行。

7氧化锌避雷器无线带电普查的现场测试图

                            高压电流传感器卡钳位置

8氧化锌避雷器无线带电普查经济性分析

    采取该项测试方法可有有效的对氧化锌避雷器进行普查,及时排除事故隐患,能够有效的防止线路雷击断线及跳闸事故;按照每次断线故障导致的直接损失及间接损失为10万元计算,每年发生雷击断线在3次左右,因次每年能减少损失最少30万元。

9结论

    第一,由于氧化锌避雷器的非线性,泄漏电流中的三次谐波Ir3是一个特征量,它敏感地反应避雷器的老化及故障。第二,三次谐波电流的测量不需要电压参考量,测量方便、操作简便、便于推广。第三,氧化锌避雷器无线带电检测仪测量方便快捷,完全能够实现配网线路的普查,提高了线路的安全性,降低发生雷击断线事故和降低雷击导致线路跳闸概率,从而确保配网的安全运行。

         
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