摘要：结合氧化锌避雷器在线监测数据异常案例，分析了数据异常的影响因素，为避雷器在线监测数据分析及运行维护提供参考。
关键词：避雷器；在线监测；异常
Analysis on the Influencing Factors of Online Monitoring Data of Zinc Oxide Arrester
WANG Neng,LI Yong-Qiang，KE Lin，YANG Pei-Jun
（CSG Power Generation Company Tianshengqiao Hydropower Station,Xingyi,562400,Guizhou,China）
Abstract：Based on online monitoring data anomaly of zinc oxide arrester, it analyzed the influencing factors of data anomaly, in order to provide reference for online monitoring data analysis, operation and maintenance of arresters.
Key words: lightning arrester; on-line monitoring; abnormal
0.引言
氧化锌避雷器是电力设备的重要保护元件，其安全可靠运行将保证电力系统的安全。运行状态下氧化锌避雷器阻性电流分量的变化，是判定阀片劣化或受潮程度的有效方法，现行的预防性试验规程及目前的在线监测装置，也均把避雷器的全电流和阻性电流作为主要检测参数，因此，通过监测氧化锌避雷器的阻性电流、泄漏电流，可较为灵敏地发现设备受潮、老化等缺陷。然而，在实际运行中，因现场干扰因素较多，给避雷器在线监测数据的分析带来困难。本文结合现场实际案例，分析了引起氧化锌避雷器在线监测数据异常的3种因素，为避雷器在线监测数据分析及运行维护提供参考。
1.天生桥二级电站氧化锌避雷器在线监测系统原理介绍
氧化锌避雷器阻性电流的在线监测，通常采用容性电流补偿法，它是利用从PT上取得的电压信号对避雷器泄漏电流中的容性分量进行补偿，最后剩下的即为阻性电流分量。对于阻性电流基波分量的检测，天生桥二级电站避雷器在线监测系统采用了与电容型设备完全类似的方法，即采用“虚拟基准”过渡技术，利用避雷器监测单元和基准电压监测单元同时测量避雷器的泄漏电流和电压信号，得到基波电流和电压的幅值和相角，然后将基波电流投影到基波电压上，即可得到阻性电流的基波分量。与其它检测方法相比，阻性电流基波分量检测法可有效避免电网谐波的影响，测量精度也相对较高。
2.氧化锌避雷器在线监测数据影响因素分析
2.1.相邻间隔设备停复电的干扰
氧化锌避雷器三相一般按一字排列带电运行，众多的案例及文献均对氧化锌避雷器相间干扰情况进行了分析，从目前对相间干扰的研究表明, 要想完全消除相间干扰的影响很难。避雷器在线监测数据的分析主要是进行相间横向比较、纵相比较，并通过数据变化趋势来进行综合判断，对于已安装完成的避雷器,因三相避雷器的停电、运行都是同时进行，相间干扰基本不变[1]，所以相间干扰的存在不至于影响到在线监测数据的分析判断。相对于相间干扰，相邻间隔设备停复电对避雷器监测数据的影响较为明显，可能导致对避雷器绝缘状况的误判，在此结合现场实际案例对相邻间隔设备停复电的干扰进行分析。
1)现场设备布置情况
天生桥二级电站500kV天平I线出线设备与天平II线出线设备相邻布置，天平I线C相设备距离天平II线A相设备约10m，500kV天平I线、天平II线避雷器布置图如图1所示。
图1 500kV天平I线、天平II线避雷器布置图
2)监测数据异常变化情况
2017年11月1日，天平I线间隔设备停电检修，天平II线间隔设备正常运行。设备运维人员进行在线监测数据分析时发现，在天平I线停电后，天平II线A相避雷器阻性电流及泄漏电流均有所增大，如图2、图3所示。
2017年12月24日，天平I线设备检修结束，间隔设备复电。从天平II线在线监测数据及数据变化趋势图上看，在天平I线间隔设备复电后，天平II线A相避雷器阻性电流及泄漏电流均有所减小，变化趋势恢复至天平I线停电检修前状态，如图2、图3所示。
图2 天平II线避雷器阻性电流变化趋势图
图3 天平II线避雷器泄漏电流变化趋势图
经初步分析判断，因天平I线C相设备距离天平II线A相设备距离相对较近，天平I线间隔设备的停复电，对天平II线A相避雷器在线监测数据存在一定程度的影响。
3)天平I线C相对天平II线A相避雷器阻性电流、泄漏电流的影响分析
在未受外界干扰的情况下，天平II线A相氧化锌避雷器等值电路及其运行参数向量如图4所示。图4中Iar、Iac、Iax分别为阻性电流、容性电流和泄漏电流， Ua为天平II线A相相电压，Iac超前于Ua 90°，Iar与Ua同相位，Iax与Ua的夹角为θ。监测数据中的阻性电流Iar并非实测得出，而是利用避雷器监测单元和基准电压监测单元同时测量避雷器的泄漏电流Iax和电压信号Ua及相角θ，然后将泄漏电流Iax投影到相电压Ua上，即可得到阻性电流分量。投影法计算公式如下：
Iar=Iax.COSθ
图4 未受外界干扰情况下避雷器运行等值电路及向量图
在天平I线间隔设备带电后，因天平II线A相避雷器与天平I线C相相邻较近，通过两相间的电容耦合在天平II线避雷器A相中产生干扰电流Icg，通过向量叠加后，A相泄漏电流Iax减小为Iax'，同时θ增大为θ'[2]。天平II线A相避雷器在受天平I线C相干扰后的运行参数向量图如图5所示。图中Uc为天平I线C相相电压，Iac'为天平II线A相受干扰后的电容电流。（注：因同间隔的三相同时停复电，故本向量图分析未考虑同间隔邻相干扰。）
图5 天平II线A相避雷器在受天平I线C相干扰后的运行参数向量图
根据投影法计算公式：Iar=Iax.COSθ，当泄露电流Iax超前电压角度θ增大时，避雷器的阻性电流Iar将减小为Iar'。若干扰电流足够大，导致θ'大于90°，则阻性电流Iar'可能为负值[3]。
通过向量图分析得出，在天平I线间隔设备、天平II线间隔设备均带电运行的情况下，天平I线C相、天平II线A相避雷器在线监测泄漏电流实际是叠加了一定的相互间耦合电容电流分量，所以相邻两个间隔设备中的一个间隔设备停复电，必然引起相邻间隔临近相避雷器在线监测数据的变化，也即是天平II线避雷器A相受天平I线间隔C相设备带电干扰后阻性电流、泄漏电流均减小。同理分析，天平I线避雷器C相受天平II线间隔A相设备带电干扰后阻性电流增大，而泄漏电流减小。
2.2.在线监测取样回路分流的影响
天生桥二级电站氧化锌避雷器在线监测的取样是在避雷器计数器的两端取样，即通过2×2.5mm2双绞屏蔽电缆，使避雷器计数器上端的泄漏电流信号，通过取样保护器（高频阻尼线圈）后流入到本地测量单元的电流传感器，然后再返回到避雷器的接地端。如图6所示。
图6 氧化锌避雷器信号取样接线图
该取样方法的主要优点是取样回路与避雷器动作电流参数无关，且对耐冲击电流的能力要求较低，只要计数器阀片正常工作，就可保证信号取样的安全性，且不会影响计数器的正常动作。但对于已安装“泄漏电流表”的避雷器，必须要求取样回路的工频输入阻抗远远小于“泄漏电流表”的内阻，否者将会通过现场“泄漏电流表”产生分流，对在线监测数据带来影响。在此结合现场实际案例进行分析。
2017年2月，天生桥二级电站500kV天金线5033BL避雷器C相在线监测数据泄漏电流异常减小，持续跟踪发现在线监测数据时有时无，且波动较大。数据变化趋势图如图7所示。
图7 500kV天金线5033BL避雷器在线监测泄漏电流变化趋势图
经现场检查发现C相避雷器下方的泄漏电流表指针有一定电流显示，进一步检查发现该避雷器泄漏电流表上端连接螺栓锈蚀，而在线监测取样电缆正好连接于该螺栓处，如图8所示。
图8 500kV天金线5033BL避雷器C相取样回路锈蚀部位
在使用细铜线短接锈蚀部位后，避雷器泄漏电流表指针回零，在线监测数据恢复正常，由此可判断该避雷器在线监测数据异常是因监测回路分流导致。
在500kV天金线线路停电检修后，对5033BL避雷器C相在线监测回路进行了相关测试。经测试，锈蚀部位电阻Rx为428.5kΩ，而泄漏电流表的电阻Rb约为424kΩ，锈蚀部位电阻与泄漏电流表电阻为并联关系，等值电路图如图9所示。两个并联支路电阻（取样回路电感线圈电感量L为100mH，工频阻抗较小，在此忽略）相差不大，所以部分电流从泄漏电流表处分流，导致在线监测数据异常。后更换了锈蚀的螺栓、螺帽，从新接入在线监测信号线，设备投运后在线监测数据恢复正常。
图9 取样回路电阻增大导致泄漏电流表分流等值电路图
避雷器在线监测取样回路的分流除上述情况外，避雷器的底座绝缘下降也会产生分流，所以在进行预防性试验时，若发现底座绝缘不满足规程要求时，需及时进行检查处理，避免因底座的分流对在线监测数据带来影响。
2.3.避雷器瓷套表面污秽的影响
氧化锌避雷器大多是在露天运行, 外瓷套表面均存在一定程度的集污秽。由于瓷套表面污秽的存在,当湿度较大(尤其是雨天), 瓷套表面污秽电流将增大到微安级，甚至到毫安级，因污秽电流与避雷器的阻性电流同相位，无法消除，反映到监测值阻性电流占总泄漏电流的比例增大,甚至近似相等, 淹没了实际氧化锌阀片的阻性电流，对避雷器在线监测数据分析带来干扰。为此，提出了在避雷器下节外瓷套靠近底座的位置加装屏蔽环的方法，以排除下节外瓷套污秽电流对在线监测阻性电流的影响。（注：该方法未能完全屏蔽上节瓷套表面污秽电流）
在此以天生桥二级电站220kV天马II线2018BL避雷器加装屏蔽环为例进行介绍，屏蔽环加装位置如图10所示。
图10 避雷器下节瓷套加装屏蔽环
在加装屏蔽环后，2018BL避雷器三相阻性电流下降近3uA，占总阻性电流的23%，屏蔽效果较好。2018BL避雷器加装屏蔽环前后阻性电流变化趋势图如图11所示。
图11 2018BL避雷器加装屏蔽环前后阻性电流变化趋势图
为便于监测外瓷套的污秽情况，也可将屏蔽环接入污秽监测表（污秽监测表回路与在线监测取样回路为完全独立的两个回路），如图11所示，用于实时监测避雷器外瓷套的污秽情况，为避雷器的外瓷套清扫提供数据支撑。
图11 屏蔽环接入污秽监测表
3.氧化锌避雷器在线监测数据分析及运维建议
通过避雷器在线监测系统实时监测其阻性电流和泄漏电流，分析各个有效参数，生成特征值趋势的方式，可以全面反映其老化、受潮及内部放电等情况，并实时诊断避雷器的运行工况，使得避雷器的检修维护更有针对性，最终提高氧化锌避雷器的可靠性。在现场实际运行中，避雷器在线监测数据的影响因素较多，在进行数据分析时需综合考虑多种因素。本文中列出的相邻间隔干扰、监测回路分流干扰、表面污秽影响等只是多种影响因素中的小部分，除上述干扰因素外，环境温度、湿度、电压波动、系统电压谐波、数据采集模块故障以及信息传输误差等因素均会对测试数据带来影响。所以，对于运行中的在线监测系统，需加强运维管理，提高运维质量，结合现场实际制定必要的维护手册。而对于避雷器在线监测的数据分析，必须掌握在线监测的数据检测原理，熟知现场各种干扰因素，积累数据分析经验，确保数据分析的质量及效率，保证输出有效可靠的设备状态信息，方可为避雷器的检修维护提供有力的数据支撑，实现在线监测应有的价值。
参考文献：
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[2]陈缨.氧化锌避雷器带电测量相间干扰分析及阻性电流修正[J].湖南电力，2013，33(6)：11-12.
[3]张晨晨，贾凤鸣，华超.氧化锌避雷器阻性电流误差分析[N].安徽电气工程职业技术学院学报，2012，17(3)：43-45.
作者简介：
王能( 1984- ) ，男，云南曲靖人，工程师，学士学位，从事电气试验工作 。
李永强( 1987- ) ，男，河南周口人，工程师，学士学位，从事电气试验工作 。
柯林( 1977- ) ，男，贵州遵义人，工程师，学士学位，从事电气试验工作 。
论文作者:王能,李永强,柯林,杨培俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/2
标签：避雷器论文; 在线论文; 电流论文; 天平论文; 数据论文; 氧化锌论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第12期论文;