220 kV氧化锌避雷器泄漏电流超标的原因分析

蒋庆云，廉国海

(1福建省电力有限公司检修分公司，福建 福州 350013;2湖南省电力公司，湖南 长沙 410007)

氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器，其结构为将若干片氧化锌阀片压紧密封在避雷器瓷套内。氧化锌阀片具有非常优异的非线性特性，在正常工作电压时流过避雷器的电流极小 (微安或毫安级);当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果〔1〕。利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。

U1mA为无间隙氧化锌避雷器通过1 mA直流电流时，避雷器两端的电压值，而0.75U1mA电压下的泄漏电流为避雷器两端施加75%的U1mA电压时流过避雷器的直流电流，U1mA和0.75U1mA电压下的泄漏电流是判断无间隙氧化锌避雷器质量状况的2个重要参数。运行一定时期后，U1mA和0.75U1mA电压下泄漏电流的变化能直接反映避雷器的老化、劣化程度。用此方法很容易判断它们的质量缺陷。避雷器直流1 mA电压的泄漏电流数值不应低于GB11032中的规定数值，且U1mA实测值与初始值或制造厂规定值之间误差不应超过±5%，0.75%U1mA电压下的泄漏电流不得大于50 μA，且应与初始值相近〔2－3〕。但若试验数据虽未超过标准要求，而与初始数据有比较明显变化时应加强分析和监视，如适当增加带电测试的次数等。由于氧化锌避雷器的泄漏电流受温度、湿度、污秽等影响较大〔4－5〕，在试验时应尽可能地使避雷器瓷套表面干净，或采用屏蔽测试。

1 试验情况

2011年6月9日，在对某氧化锌避雷器进行试验时发现其泄漏电流超标 (该避雷器投运时间为2007年11月)。由于线路在检修状态，线路侧接地刀闸合闸，避雷器上节首端接地。对避雷器上节进行试验时，如果采用正向加压法，即在避雷器上节首端加压，则需拆除避雷器上端导线，因此，选用反向加压法，即断开避雷器下节接地，在避雷器上节末端施加直流试验电压，避雷器上节首端通过线路地刀接地，试验原理如图1所示。下节试验时，则选用正向加压法，即在避雷器下节首端加压，下节末端串微安表并接地。此时，接在避雷器下节末端的微安表电流就是通过下节的泄漏电流，接在直流高压发生器上的微安表泄漏电流为通过上节和下节总和，试验原理如图2所示。

图1 避雷器上节反向加压法试验原理

图2 避雷器下节正向加压法试验原理

该避雷器直流1 mA参考电压试验，其直流参考电压和泄漏电流如表1所示。根据电力设备交接和预防性试验规程规定，氧化锌避雷器1 mA直流参考电压U1mA及0.75U1mA下的泄漏电流不应大于50 μA，显然该避雷器三相的上节均不符合试验规程要求。

表1 避雷器的直流参考电压和泄漏电流

2 试验的改进

由于避雷器的0.75U1mA直流电压下的泄漏电流超出规程要求的50 μA，因此对试验方法进行了改进。鉴于避雷器下节试验数据合格，而上节数据超标的情况，只针对避雷器上节进行试验改进和分析。

1)拆除均压环试验

由于避雷器均压环安装的位置比较低，其距避雷器上节顶部约1/4处，均压环对加压线产生杂散电容，测量过程中，部分泄漏电流直接对均压环放电，相当于对地直接放电，产生的杂散电流与泄漏电流被一起测量，导致结果偏大，如图3所示。为防止试验加压线对均压环放电，因此第1种改进措施为拆除均压环，其他环节与正常试验情况相同，使用反向加压。

图3 带均压环时避雷器的泄漏电流分析

图4为拆除均压环后避雷器的泄漏电流分析，结果表明:A，B，C相泄漏电流分别为52 μA，50 μA，54 μA，改进后A，B，C相泄漏电流数值虽分别下降了3 μA，1 μA，2 μA，但仍不符合标准，说明加压线与均压环间的杂散电容量不大时，试验改进效果不大。

图4 拆除均压环后避雷器的泄漏电流分析

2)拆除均压环并将引线顶起进行试验

由于避雷器上端导线长且略有下垂，引线与加压线距离近，易产生杂散电容，原理分析如图5所示，试验过程中杂散电容产生的杂散电流有可能与泄漏电流被一起测量，导致结果偏大，故将引线顶起，以减少电容量。因此第2种改进措施为增大加压线与引线的距离，将均压环拆除，再用绝缘杆将避雷器上节引线尽量往上顶，如图6所示，其他环节与前相同，仍使用反向加压试验法。

图5 引线杂散电容影响分析

图6 消除引线杂散电容影响将引线上顶

其试验结果为:避雷器A，B，C相泄漏电流分别为 51 μA，50 μA，52 μA，由试验数据可知，改进试验方法后泄漏电流数值较改进试验前虽然略有下降，但仍然超标，说明加压线与引线间的杂散电容量不是太大。

3)拆除均压环，拆除引线

根据前面的试验改进判断，有可能是加压线高电位在上节末端，对地电容比较大，所以将加压线加在上节首端，从而减少高电位线对地的电容。将加压线移到上节首端，必将引起上节首端引线电容加大，故拆除上节首端引线。对上节的电容量应基本不变，并尽可能将加压线与避雷器保持90°，以增大与上节的距离，减少电容量，试验原理具体如图7所示。故第3种改进措施为拆除避雷器均压环及避雷器引线，并改用正向加压法试验。

图7 拆除均压环及引线后的试验改进

改进试验后，避雷器上节的试验结果为:避雷器A，B，C相泄漏电流分别为43 μA，39 μA，42 μA，A，B，C相的上节泄漏电流均小于标准50 μA，试验合格，说明高电位线对其余部分的杂散电容影响试验数据。

3 试验超标的原因分析

测量避雷器上节时用反向加压法，通过调节直流高压试验器调压旋钮，使得连接在倍压筒上的微安表数值上升到1 mA，但是由于各种反向加压测量方法，都会使得微安表1 mA时实际上是上节泄漏电流加上各种杂散电流的总和，此时实际的泄漏电流并没有到达1 mA。在75%U1mA时微安表上显示的A，B，C相上节泄露电流分别为55 μA，51 μA，56 μA，并非实际泄漏电流，其中包含各种杂散电流，实际的泄露电流应该会更低。高电位加压线加在上节末端，使得加压线对地以及对避雷器其他部分的杂散电流大。

而测量避雷器下节时采用的是正向加压法，加在倍压筒上的微安表显示的数值也会包含很多的杂散电流，但是测量下节的泄露电流读取的是连接下节末端的微安表，微安表的另一端接地，是低电位线。此线离均压环及引线较远，不考虑杂散电容;而对下节及对地有杂散电容，但因为是低电位线，产生的杂散电容小，微安表显示的电流只略微高于实际泄漏电流，故测量结果符合标准。因此，经分析初步判定避雷器试验数据超标应为试验接线影响所致，为排除避雷器内部缺陷的可能。

4 带电测试数据分析

氧化锌避雷器的泄漏电流可以分为阻性部分和容性部分〔6〕，图8所示为氧化锌避雷器的等效电路，其中IX为总泄漏电流，Ir为阻性电流，IC为容性电流，图9所示为氧化锌避雷器的阻性电流、容性电流与电压相位关系图。

图8 MOA等效电路

图9 MOA电压、电流矢量图

按规程规定220 kV及以下避雷器阻性电流不宜超过200 μA，若超过200 μA，则应加强带电测试，必要时每周进行1次，超过250 μA时应停电试验〔3〕。避雷器阻性电流测量有带电测试和在线监测仪实时测量2种，由于带电测试和在线监测的原理不同，因此只能做纵向比较，查该避雷器阻性电流带电测试情况，其试验数据如表2所示。从带电测试的数据看，避雷器全电流、阻性电流虽因温度、湿度、负荷影响不同有小的变化，但其阻性电流数值基本稳定。

表2 避雷器的阻性电流带电测试情况

5 结论

1)对220 kV氧化锌避雷器的上节进行泄漏电流试验，当采用反向加压法时，通过避雷器高压侧微安表读取的避雷器泄漏电流，此时微安表电流包含对地杂散电流以及对避雷器杂散电流。如采用正向加压法试验，并通过避雷器低压侧微安表读取避雷器泄漏电流则可排除杂散电流干扰。

2)根据避雷器的试验改进及理论分析，造成避雷器上节试验数据超标的原因为试验接线方法所致杂散电流干扰。为排除避雷器试验过程中的杂散电流干扰，在对220 kV避雷器上节进行试验时，如泄漏电流超标或明显偏大可采取正向加压法进行试验改进，试验前应拆除避雷器均压环及避雷器上端引线，泄漏电流需从避雷器低压侧微安表读取。

〔1〕陈维贤.电网过电压教程〔M〕.北京:中国电力出版社，1996.

〔2〕GB 11032—2010交流无间隙金属氧化物避雷器〔S〕，2010.

〔3〕DL/T 596—1996电力设备预防性试验规程〔S〕，1996.

〔4〕陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术〔M〕.北京:中国科学技术出版社，2001.

〔5〕夏燕莉，江健武，钟建灵.500 kV避雷器缺陷的试验分析及思考〔J〕.高电压技术，2007，33(4):186-188.

〔6〕郑健，张国庆，等.氧化锌避雷器泄漏电流在线监测技术综述〔J〕.继电器，2001，28(9):7-9.