1、氧化鋅避雷器抗相間、空間干擾帶電測試技術研究 摘要目前，采用常規儀器在高電壓等級變電站對避雷器進行阻性電流測試，常因測試時相間、空間干擾嚴重而得不到合理的測試值，導致無法準確判別避雷器運行狀態。針對此問題，本課題提出對變電站內氧化鋅避雷器及其周圍導體進行三維建模，直接仿真計算氧化鋅避雷器遭受的相間、空間干擾電流的幅值和相位，評估干擾源對氧化鋅避雷器帶電測試的影響大小，并在已有氧化鋅避雷器帶電檢測技術應用成果的基礎上，通過疊加原理，將此干擾電流濾除以得到氧化鋅避雷器絕緣狀態的真實信息，提高避雷器帶電測試水平，為逐步開展的狀態檢修工作提供可靠的數據支撐。關鍵詞 氧化鋅避雷器；三維建模；仿真計算；相

2、間空間干擾；幅值和相位Interphase and space interference electric testing technology research of the Zinc oxide lightning arrester abstract at present, the level of the conventional instrument in high voltage substations for lightning arrester current impedance test, test and white, severe space interference of

3、ten can not get reasonable test values, accurately judging the running state of the arrester. Aiming at this problem, this topic proposed within the substation on zinc oxide lightning arrester and the surrounding the conductor for 3 d modeling, and the direct simulation of the zinc oxide lightning a

4、rrester to suffer, space interference current amplitude and phase, to assess the effect of interference sources of zinc oxide lightning arrester charged test size, and results in the existing zinc oxide lightning arrester charged detection technology application, on the basis of through the superpos

5、ition principle, the interference current filter divided by zinc oxide lightning arrester insulation condition of real information, improve the level of lightning arrester charged test, to gradually develop the status of the repair work to provide reliable data to support.key words zinc oxide lightn

6、ing arrester; 3 d modeling; The simulation calculation. Interphase and space interference; Amplitude and phase一、簡介氧化鋅避雷器因其優越的過電壓保護特性而成為電力系統應用最多的主力保護設備，其故障可能會導致爆炸，影響系統安全、穩定運行，因此，其自身安全必須得到足夠重視。目前，變電站內氧化鋅避雷器絕緣性能的檢測一般有停電試驗和帶電測試兩種方法。停電試驗，會降低設備運行的可靠性，同時還會增大電網運行風險，尤其是需要陪停電網主設備時，如變壓器側避雷器試驗。有時甚至會因為運行方式的限制無法停

7、運，導致避雷器無法按時預試，因此避雷器的帶電測試顯得尤為重要。帶電測試時，通常測試的參量為全泄漏電流、阻性電流和功率損耗，其中阻性電流基波有效值反映被測氧化鋅避雷器的污穢程度或受潮程度；阻性電流諧波有效值反映被測氧化鋅避雷器的老化程度；功率損耗引起溫升，反映被測氧化鋅避雷器的劣化程度。在變電站現場進行帶電測試時，由于站內設備排列密集，所有導體之間都存在耦合電容，故不可避免地存在相間及空間干擾。對氧化鋅避雷器而言，相間干擾主要是指相間耦合電容產生的電流疊加到氧化鋅避雷器底部（測量點）的泄漏電流上;而空間干擾主要是強電場情況下，由臨近帶電間隔、上空帶電母線等帶電設備經過耦合電容產生的電流疊加到氧化

8、鋅避雷器的泄漏電流中，使得三相泄漏電流中的阻性電流差異極大。最終導致測量結果無法反映避雷器真實的狀態，如閥片劣化、內部受潮等。因此，必須設法消除氧化鋅避雷器帶電測試中的相間與空間干擾。二、氧化鋅避雷器相間干擾分析在氧化鋅避雷器正常運行的條件下，持續電流中的容性電流占主導地位，而阻性電流所占的比重較小。在氧化鋅避雷器的實際測量中，A、B、C三相阻性電流所占總的持續電流的比重依次減小，而B相阻性電流占總的持續電流的比重約為10%，可設在避雷器正常運行的情況下，阻性電流占總的持續電流的10%，此時。當改變持續電流和電壓的相角，默認其幅值不變，對阻性電流的影響如下表所示。表1 變化對阻性電流的影響相角

9、（度）84.268381.58078.50.10.1220.1480.1740.199022%48%74%99%根據表1分析，當相角改變1.5°左右時，阻性電流的變化就超過20%，可見，相角差對阻性電流的影響起主導作用，因此準確測量持續電流的幅值和相角是最關鍵的。現場布置的避雷器大都呈三相“一”字排列，當不考慮避雷器相間的電容干擾及周圍帶電體對其的影響時，避雷器在幅值相同相位互差120°的三相電壓、的作用下，流過各相接地極的持續電流、應相等，即有：=，此時相角差也有：=。但實際運行條件下，干擾是不可避免的。研究及現場測試發現，避雷器實際的持續電流關系變為：>>，

10、同時有三相的相角差關系：。 為深入研究該問題，選擇500 kV避雷器（三節組裝構成）為研究對象。首先仿真計算單相避雷器的互電容和自電容，構建避雷器部分電容與電阻網絡等效電路圖，帶入數值計算全電流和相角差，并和試驗室實測結果對比修正 ，確保仿真電路及仿真計算電容的準確可靠。其次，為研究避雷器上端引出線對避雷器阻性電流測量的影響，分別建立不加引出線的避雷器的模型、上端加2米引出線的避雷器模型、上端加4米引出線的避雷器模型、無引出線的三相避雷器模型、有引出線的三相避雷器模型，之后進行仿真計算并加以分析修正。最后得出相間干擾研究結論如下：1、對單相避雷器而言，引出線長度一定時，引出線高度對避雷器全電流

11、以及相角差的測量影響很小，達到可以忽略引出線高度影響的程度。2、對無引出線的三相避雷器，其相間干擾并不嚴重。3、對帶引出線的三相避雷器，得到的全電流和阻性電流的大小關系也與理論上相一致，特別是B相的影響更小，這是由于，雖然A、C相對B相的互電容均發生改變，但是A、C相分別超前和滯后B相120°，對于在運行情況下，A、C相的運行狀態參數相差不大，它們對B相的總作用會相互抵消很大一部分。而對于A、C相而言，它們的全電流變化不大，但是A相的相角會變小，C相的相角會增大，改變度數有1.5°左右，造成這種情況的原因，是由于當加入引出線后，三相的上端電極部分相比不加引出線要改變很多，這

12、部分自電容的改變接近于2倍，互電容也改變很大，導體的計算面積增大，計算的電荷量也變大。雖然最上端的導體的自電容改變在兩倍左右，但是最后對測量電流的結果影響很小，這是由它實際的電路網絡決定的，這部分自電容是直接連接大地，對測量的全電流影響甚微。其原因主要還是互電容的增大，導致相間干擾得以加重。三、氧化鋅避雷器空間干擾分析在高電壓等級的變電站，在對實際運行條件下的避雷器測試時，有時會出現全電流與電壓的相角差為90°甚至更多的情況。針對避雷器的相間干擾仿真分析表明，出現90°甚至更多的這個實際測量結果只能來自于空間相鄰帶電體的干擾。因此，深入研究避雷器周圍帶電體對避雷器的干擾是解

13、決帶電測試有效性問題的關鍵之一。為此，分別建立三相帶侵入電容的等效電路模型及相鄰出線干擾情況下的電路模型并進行分析。1、相鄰帶電體干擾的仿真分析帶電導體對避雷器本體的影響，主要由以下幾個方面來決定的：（1）帶電導體自身尺寸的大小。帶電導體自身尺寸大小決定了其干擾避雷器的面積和電荷量，是干擾電容大小的主要影響因素；（2）帶電導體和避雷器的空間距離。帶電導體與避雷器本體的空間距離也是影響干擾電容大小的另一因素，由電容的計算公式有：C=*S/4kd可知，帶電體自身的結構尺寸和與避雷器之間的距離決定了實際的干擾電容；（3）帶電導體的電壓等級。當外界帶電導體的位置和空間尺寸確定以后，它對三相避雷器的干擾

14、電容也確定了。由于帶電體會和避雷器通過干擾互容形成一個空間電容電路網絡，因此帶電體自身的電壓會影響到最終的干擾電流。（4）帶電導體與避雷器的相序相角關系。除了上述一些影響外，帶電體與避雷器之間的介質(主要為空氣)、環境的溫度、環境的濕度等外界因素也會對干擾有所影響。本節重點研究帶電導體與避雷器的相序相角關系的影響。仿真時，在電路中加入外部侵入導體的電容及其電壓和相位，在相間干擾研究的基礎上，分析侵入電容對干擾電流的影響。仿真測試結果如表2所示。表2 帶電體與避雷器相角差對干擾的影響帶電體與A相的相角差-120°-90°-45°0°45°90&#

15、176;120°電流有效值0.629 50.630 50.631 80.632 20.631 50.630 10.629 1相角差（度）83.0783.0583.1383.2583.3883.4083.39阻性電流IAR0.075 920.076 290.075 580.074 290.072 820.072 370.072 43阻性比例12.06%12.10%11.96%11.75%11.53%11.49%11.51%通過改變帶電體與避雷器本體的相角差，可發現，當帶電體的相角滯后于A相避雷器時，得到的相角偏小，此時得到的阻性電流也是偏大的；當帶電體的相角超前于A相避雷器時，得到的相

16、角偏大，此時得到的阻性電流是偏小的。同時還發現改變帶電體與避雷器本體的相角差時，測得的持續全電流的變化并不大，但是全電流與電壓的相角會變化，正是由于相角的變化，導致了阻性電流的增大或減小。2、相鄰出線的干擾分析變電站內的引出線眾多，兩組三相線路水平布置的情況是很常見的，因此有必要深入了解該布置方式下，另外一回線路對三相避雷器耦合干擾所產生的影響，并如何適當地濾除該種干擾。 通過構建相鄰出線干擾的電路圖，同時對其進行仿真計算，對結果進行定性分析，得出結論如下：1、當帶電體的相角超前避雷器時，會使全電流和電壓的相角變大；當帶電體的相角滯后避雷器時，會使全電流和電壓的相角變小；在實際運行情況下，避雷

17、器附近兩倍AC相間距的帶電導體的影響不可忽略，應該視為干擾源。干擾源與被影響避雷器的相序關系決定避雷器相角的變化方向。2、通過對相鄰線路干擾的三維仿真計算，可以知道：在相鄰線路的干擾分析中，現場通常為三相排列，離避雷器最近的相別耦合電容最大，相鄰線路的相間干擾作用必然是最近的相別最強。實際上，變電站的外來空間干擾多數是三相干擾源同時存在，離被干擾避雷器空間位置最近的相別影響最大。 四、試驗驗證及部分數據分析同型號、同批次的500 kV避雷器在試驗室進行了單節試驗，全電流為2.156 mA，相角差為84.998°。 一）500 kV I組母線測試結果及數據分析1、三維示意圖2、仿真計算

18、的干擾電流和相角ABC干擾電流有效值0.212 112 8490.401 784 1230.169 517 047干擾電流相角-104.642 158 6-71.426 326 85-169.380 811 83、實測值和濾除干擾后的計算值ABC實測電流有效值（mA）1.9281.7232.157實測電流相角（°）85.7179.7489.5僅考慮相間干擾的仿真計算相角（°）81.9°84.35°87.1°濾除干擾后電流值（mA）2.1372.0842.196濾除干擾后相角值（°）84.68885.07585.156試驗室相角（

19、76;）84.99884.99884.998異常相位數據的干擾源分析：該避雷器顯著的說明了空間相鄰干擾源的影響，A、B、C三相實測相角與僅考慮相間干擾的仿真計算結果完全不同，其主要干擾源為隔離開關的下端引出線。隔離開關由于布置的不對稱性，其下端引線向變電站水平中心線方向引出，它呈現出很強的不對稱干擾。母線避雷器左邊隔離開關C相引線完全與三相避雷器平行，對A相避雷器為超前，從而增大了A相相角，對B線避雷器為滯后，從而減小了B相相角；而右邊的隔離開關A相引線則直接遠離了三相避雷器；母線避雷器右邊隔離開關B相引線，對C相避雷器有增大相角的影響。二）500 kV II組母線測試結果及數據分析1、三維示

20、意圖2、仿真計算的干擾電流和相角ABC干擾電流有效值0.087 740 8860.350 459 7310.141 000 068干擾電流相角-13.833 494 190-126.522 794 2-94.718 184 583、實測值和濾除干擾后的計算值ABC實測電流有效值（mA）2.0781.7831.91實測電流相角(°)82.1790.6885.34僅考慮相間干擾的仿真計算相角(°)81.9°84.35°87.1°濾除干擾后電流值（mA）2.0892.0732.051濾除干擾后相角值(°)84.56484.81385.336