时间:2023-05-31 09:09:45
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇避雷器在线监测,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
1避雷器在线监测技术发展历程
电气设备维修机制促进了避雷器在线监测技术的发展。电气设备的维修发展经历了事故后维修,定期维修和状态维修三个阶段。1950年以前,电气设备并不存在主动维修,主要进行事故后维修。一旦设备损坏,就会造成大面积停电,难以保证电力系统安全稳定地运行。1960年开始,电气设备开始采用定期维修的检修方式。这种方式在现在依然广泛应用于供电企业的设备维护中。具体来讲,这种方式是使用定期检测的方法,对设备的预防性试验结果与《电气设备预防性试验规程》的标准进行比较,若有超标,即要安排维修和停电计划。与事故后维修相比,定期检修能够大大减少事故的发生概率,同时由于设备经过了日常维护,检修人员可以通过变电站值班员基本掌握变电站中设备运行状态,避免具有巨大危害的重大恶性事故的发生。然而,定期检修仍然具有一定局限性,主要表现在难以很好地把握维修的频率和程度,缺乏经济性。基于以上两种方法的局限性,电力设备状态维修机制开始发展。在状态维修机制下,电气设备维修主要采用了在线监测技术。在线监测技术是状态维修的基础和根据,同时状态维修也促进了在线监测技术的迅速发展进步。早在1960年开始,发达国家已经开始着手分析系统可靠性与各部件的潜在故障之间的相关性,并基于此相关性提出状态检修计划。这一发展阶段持续了大概十年的时间,随后,在电气设备的带电测量应用中,为测量以泄漏电流为主的部分绝缘参数,避雷器在线监测开始有所发展。但是在发展初期,由于本身构造不够完善,面临局限性较多,同时测试的结果达不到精度要求,很难在日常生产工作中得到有效利用。直到1980年开始,避雷器在线监测技术开始迅速发展。传统的测量模式是模拟量测试,这种测试需要一并直接接入测试回路。在这一新的阶段,科研人员开发出了多种带电测试仪器,避雷器在线监测不再使用这种传统模式,取而代之的是先进的数字化测量。数字化测量以传感器为工具,将被测量转换成电气信号,这些电气信号可以通过数字仪器直接测量。从此开始,电力企业的日常维护中采纳了状态监测检修理论,避雷器在线监测在实际应用中获得了成功。1990年前后,科研人员开始建立了微机多功能绝缘在线监测系统,这一系统指引了避雷器在线监测在今后的发展走向。系统主要包括两个关键内容,首先是进行数字波形采集,其次对采集数据进行处理。这一在线监测系统具有很多进步,不仅可以在短时间内对很大数量级的信息进行处理,同时监测的项目较以前有了很大扩充,通过监测得到的参数能够实时向变电站工作人员进行显示,并具有越限报警功能。在后续工作中,参数可以实现有效的电子存储和纸质保存。概括地讲,微机多功能绝缘在线监测系统具有实时性、连续性、巡回性的特点,基本实现了自动化运行。
2避雷器在线监测的主要方法
避雷器在线监测,从研究方向来看可分为:泄漏电流监测法和介损法。
2.1泄漏电流监测法
泄漏电流监测的常用方法的有以下几种:(1)总泄漏电流法总泄漏电流法做为最基本的一种方法,主要操作原理为将避雷器在线监测仪与避雷器低电压侧串联起来,随着发生过电压事故或者雷电入侵时,电流也会顺势剧增波动。通过对原理的阐释,不难看出这种方法虽然最原始、最简单,也很大程度上降低了在线监测仪的成本,但无法准确捕捉信息,避雷器的运行状态也变得不可捉摸,这样的监测技术显然已经不能适应时代的潮流。(2)阻性电流三次谐波法总电阻性电流信号通过滤波器实现滤波处理,得到简化的三次谐波。根据前后两个参数的比例关系,可求得阻性电流。因不需要参考电压,所以监测比较方便。该方法忽略了电压中谐波对结果的的影响,所以所得结果也有待商榷。避雷器生产工艺和材料导致滤波前后的参数有很大的误差。所以使用的范围较为局限,没有可行性。(3)补偿法测阻性电流补偿法是指,测量中根据避雷器的等效电路对系统电压信号进行抽取,利用抽取得到的电压信号对总泄漏电流中的容性电流分量进行补偿,进而测量得到阻性电流分量。避雷器阀片的劣化原因主要有两点,首先是MOA阀片受潮,其次是金属氧化物避雷器几乎都不存在串联间隙,导致少量泄漏电流通过阀片,促使老化进程加快。通过对阻性电流进行直接测量,可以相对精确地对劣化进行反映。
2.2介损法
介损法是对设备的绝缘状态评判的主要标准,其特点是具有较好的抗干扰性和稳定,广泛应用于电力行业。总结起来分为两大类:(1)硬测量法西林电桥法是常见的硬件测量法,目前在各电网公司测量停电设备的电气绝缘时常用这个方法。但其操作过程繁琐,需要不断地调整电容值和电阻值,对元件的要求比较多,增加了避雷器在线监测仪的设计难度,不满足避雷器在线监测仪的要求。(2)谐波分析法谐波分析法,普遍运用在电力系统中做信号分析,任何复杂的波形都可以分解成频率、振幅等参数不同的正弦分量,以便将问题简化。在线监测仪本来就有体积小、功能完善的要求,采用谐波分析法不仅避免外界干扰而且满足体积要求。傅里叶变换在分析时会造一些不必要的误差,可以运用截断函数减少频谱泄漏引起的误差。
3避雷器在线监测技术研究的意义
避雷器是变电站和输电线路上处处可见的设备,避雷器的性能直接关系到电网运行的安全。随着超高压、特高压电网的建设,对避雷器在性能和经济性上有了更苛刻的要求。例如要想降低绝缘水平就需要提高避雷器的性能,以便于降低制作成本和运输费用。因此满足要求的电网保护设备应运而生,这些设备不仅需要大大降低绝缘水平,最重要的还需保证电气性能的合理性。所以,避雷器对电力系统的稳定发展,特别是安全高效地运行,有特别重要的意义。多年的变电检修工作经验证明避雷器是电网必不可少的一份子。输变电系统正常工作时,避雷器自身处于正常状态。当输变电系统遭遇雷电入侵或操作过电压时,避雷器起到保护电力设备免遭过电压冲击的作用。避雷器是寿命是有限的,长期运行的避雷器,内部元件会出现老化现象,或者本体密封不严导致内部受潮,导致事故的可能性大大提升,甚至可能发生爆炸,造成大面积停电,产生严重的经济损失,所以避雷器是输变电系统中重要的一员。如果能对避雷器运行状态进行远程监测,显示相关参数,反应运行状态,就能第一时间排除隐患避免事故的发生,以保证电网安全可靠运行。相关技术在不断更新,嵌入式发展迅速,计算机网络技术也日新月异。同时国家一再提出支持智能电网的建设,研究和更新避雷器在线监测技术势必会成为市场前景广阔而且能创造出巨大经济价值的新课题,值得不断地进行深入研究。
参考文献
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【关键词】氧化锌避雷器;分布式;无线传输;在线监测;传感器
0.引言
氧化锌避雷器是电力设备的重要保护元件,其安全可靠运行才能保证电力系统的安全。在实际运行中,避雷器的老化/损坏有一个累积的过程。通过利用避雷器在线监测系统实时监测其阻性电流等特征值变化趋势的方式,可以全面反映其是否出现老化、受潮及内部放电等情况,并实时诊断避雷器的运行工况,以便及时采取相应措施。在线监测使对避雷器的检修维护更有针对性,达到提高氧化锌避雷器运行可靠性的目的。电力系统中的氧化锌避雷器数量多、分布广,为满足不同监测环境的需要,笔者设计出无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统。
1.系统总观
无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统,如图1所示,由安装在设备运行现场的分布式测量终端(电流单元)、PT信号采集单元(电压单元)、同步采集控制单元(本地单元)和变电站主控室的工作站及网关构成。
图1 无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统示意图
所有测量终端的结构相同,对每组被监测氧化锌避雷器(A、B、C三相)配置一台测量终端,负责对信号的采集和提取,得到被监测的电气量,由无线通讯网络将各监测数据发送至主控室的网关。工作站负责对站内各测量终端的控制以及数据的保存和处理。网关负责收集测量终端的数据以及数据通信,也可以就地分析、显示。
本系统硬件采用浮点采集技术,快速采集动态范围大的电流信号,真实有效地反映氧化锌避雷器正常运行时的阻性基波电流及3、5、7、9次谐波电流。软件上采用数字信号处理技术及专家分析系统,可有效地滤除干扰,真实反映氧化锌避雷器的运行状态。
本系统与被监测氧化锌避雷器的一次回路无直接电气连接,不影响安全运行,结构简单,便于施工和维护。
本系统显示及上传的参数包括电压有效值;全电流峰值;阻性电流正峰值、负峰值及1、3、5、7、9次谐波有效值;动作电流峰值及次数;功耗值。其技术指标为:电流测量0~800mA、分辨率0.01mA、准确度±1%;冲击电流测量200A~20kA、分辨率5A、准确度±10%;电压测量30V~100V(PT二次侧)、分辨率0.1V、准确度±0.5%。
2.阻性电流的提取
测量氧化锌避雷器的泄漏电流和阻性电流作为监测氧化锌避雷器质量状况的一种重要手段。其典型的测量方法如图2所示(以一相为例)。
测量电压信号和氧化锌避雷器的全电流信号,并通过数学处理和计算,即可求出阻性电流和其它特征参数。
氧化锌避雷器的等效电路由非线性电阻R和电容C并联组成。其中Ix为总泄漏电流,Ir为阻性电流,Ic为容性电流。
一般认为仅占总泄漏电流10%~20%的阻性电流的增加是引起氧化锌避雷器劣化的主要因素,所以从总泄漏电流中准确提取其阻性电流是判断氧化锌避雷器运行状况的关键。
由采样得到的电压和全电流信号,应用傅立叶变换(FFT)转换到频域进行分解,可分别得到氧化锌避雷器的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量,经相应的数据处理后,再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流Ic。
图2 测量原理示意图
然而,现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中,其表达式为
式中,C11为被测相氧化锌避雷器的对地电容;C12、C13为相间杂散电容;u1为被测相氧化锌避雷器的电压;u2、u3为邻相氧化锌避雷器电压。
由于系统的三相电压的对称性,因而由电压u1得到的采样信号可依次得到u2、u3,以及时频域转换后的容性电流Ic。利用海森矩阵可计算得到C11、C12和C13的值,然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic。
实际测量表明,氧化锌避雷器的阻性电流可用指数波Ae-gt2(其中A是指数波的幅值,g是与指数波的形状有关的参数)进行曲线拟合。考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等,故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流,其表达式为:
式中,A1为阻性电流的正峰值;A2为阻性电流的负峰值。
利用处理过的时域信号Ix、消除相间杂散电容后的Ic和拟合曲线Ir,可采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g。最小二乘法的优化原理为:
采用固定步长多次搜索优化各个变量,直到误差ε满足工程计算的精度要求,从而根据最终的计算结果就可得到氧化锌避雷器的阻性电流。
3.测量终端
测量终端由传感器、信号调理及信号采集三部分组成,有定时启动和上位机查询启动两种方式,如图3所示。
图3测量终端示意图
3.1 传感器
传感器是在线监测系统的关键部件,它将直接影响系统的精度、安全和可靠性。
氧化锌避雷器泄漏电流传感器和冲击电流传感器采用高导磁合金材料作为铁芯,一次端为穿芯结构,采用电磁感应原理耦合取得小电流信号,外加抗电场及磁场的铁磁材料屏蔽制成。可安装在氧化锌避雷器接地端。传感器的信号就地放大及补偿,然后送入下一单元。
本系统的传感器均与电站的二次接线无直接的电气联系。
3.2 信号调理及采样
小电流传感器将电流信号转换为电压信号,经程控放大后接至A/D。由于被监测的电流信号动态范围较大,所有模块的电流采样均采用浮点放大技术,即程控放大倍数由硬件自动控制,信号较小时,程控放大倍数自动变大,信号较大时,程控放大倍数自动变小。对电流波形的正确记录和对电流测量的足够精度,是氧化锌避雷器在线监测的基础,而浮点放大技术可以有效的满足这种要求。起技术指标为:1/4/16/64/256级程控增益,测量范围-5V~+5V, 采样速率200k,分辨率12Bit,时间长度为40ms。
测量终端设置同步数据采集通道。由于同一区域内所有终端的采集程序完全相同,所以可以确保采集的同步性。从工作流程上保证了局部区域内所有模块的同步采集和每个模块所有参量的同步采集。
温湿度传感器将温湿度信号转换为电流信号,经精密电阻后变为电压信号,由专用A/D采样。该A/D具有1/2/4/8/16/32/64/128级程控增益,可自动校准零漂和增益误差,具有可编程数字低通滤波器,测量范围0~2.5V(DC), 分辨率24Bit,是理想的温湿度测量芯片。压力和温湿度数据最大可存储1000组数据。
3.3 工作方式
测量终端有定时采集和查询采集二种工作方式。定时采集和查询采集方式均可通过控制室网关(相当于一台工控机)设置。通常可设置成定时采集方式(如每小时测试一次),采集到的数据可以绘制成趋势图,便于直观显示变化趋势。如果对某一相避雷器的数据有疑问时,可随时起用查询方式,唤醒测量终端以获得及时在线数据作进一步的分析判断。定时采集的时间间隔可由工作站或远方计算机整定。测量终端配置有时钟芯片,所有的避雷器测试数据都将有时间标签。平时,测量终端处于待机状态,定时时间到后启动数据采集,记录40ms电流信号及PT电压基准信号,记录完成后向网关发出申请,网关响应后将数据传给网关。
3.4 电源模块
测量终端可选配高容量锂电池或太阳能电池。亦可采用直接取电的方法,即考虑到避雷器由氧化锌电阻片串联组成,正常运行状态下其泄漏电流在200μA左右,如果在避雷器上串联一检测电阻片,可从电阻片两侧取电压,经整流稳压为检测电路提供电源。
3.5 处理器
从低功耗的角度考虑,处理器可选用LM3S1138芯片,该芯片采用Cortex-M3内核设计,在兼顾性能和功耗方面有独特的优势。当处于深度休眠状态时,其功耗为0.8mW左右,并且能够通过外部中断信号将其从休眠状态中唤醒。
3.6 安全及可靠性
所有电子元器件和集成芯片均采用工业级(-10°C~70°C),传感器信号线采用屏蔽线引入,测量终端外壳采用具有磁场屏蔽和电场屏蔽性能的合金外壳,并采取防雨水的密封措施。测量终端的信号输入端并联双向二极管和压敏电阻以保护测量回路。需经地下敷设的信号线采用金属水管保护以防止被虫鼠啃咬。
3.7 盘表电压信号采集单元
盘表电压信号采集单元专门负责三相基准电压信号的隔离、放大、电压/电流变换等。整个系统只需要一个单元。安装在控制室内。其作用是为傅立叶变换提供相位基准。设计、安装时要充分考虑系统安全,设置隔离、短路保护回路,确保二次回路安全可靠。
4.数据处理
系统软件运行在网关上,负责控制测量终端并收集数据进行数据计算分析及管理,显示数据波形,输出诊断结果。系统软件拟采用分层结构设计,方便设计与维护。特征值数据计算模块采用外挂的形式,由诊断算法管理模块管理,系统可方便扩展,如图4所示。
图4 软件体系框图
工作站将对数据处理的结果对应于时间标签建立数据库。对采集到的电流与基准电压信号进行傅立叶变换,分解出1、3、5、7、9次谐波分量,绘出各参数的变化趋势。分析数据时,首先判断阻性电流是否增大,然后判断是基波增大(说明由受潮引起的故障)还是谐波增大(说明由劣化引起的故障),进而判断避雷器的故障类型,从而采取不同的处理方法。
相关判据包括:
1)氧化锌避雷器测试结果的分析以历史数据纵向变化趋势为依据,不刻意追求测试值的绝对大小。
2)氧化锌避雷器的阻性电流值在正常情况下约占全电流的10%~20%。如果测试值在此范围内,一般可判定此氧化锌避雷器运行良好。
3)氧化锌避雷器的阻性电流值占全电流的25%~40%时,须增加检测频度,密切关注其变化趋势,并做数据分析判断。
4)氧化锌避雷器的阻性电流值占全电流的40%以上时,则考虑退出运行,进一步分析故障原因。
5)如果阻性电流占全电流的百分比明显增长,且其中基波的增长幅度较大,而谐波的增长不明显,则一般可确定为氧化锌避雷器污秽严重或内部受潮。
6)如果阻性电流占全电流的百分比明显增长,且其中谐波的增长幅度较大,而基波的增长不明显,则一般可确定为氧化锌避雷器老化。
5.无线传输
微功率近距离无线通信技术是超大规模集成电路技术和数字信号处理技术发展的产物。微功率近距离无线通信主要是依靠射频收发芯片来实现,单片射频收发芯片加上少量的器件就能够构成一个近距离无线收发系统。现有的射频收发芯片内部已经集成了简单的数据传输协议,能够满足一般无线通信系统的要求。此外该类芯片无需用户对芯片底层有很深入的了解,只需要按照用户开发手册对芯片的相关寄存器进行读写就可以实现无线数据传输。
例如,可采用ChipCon公司设计的CC1100芯片,该芯片是一种单片的UHF收发器,专为低功耗无线应用而设计的。处于休眠状态时整个芯片消耗的电流为900nA。CC1100芯片还具有电磁波唤醒功能,能够通过接收适当的电磁波信号将自身从休眠状态唤醒,同时还会在GD0引脚产生一个脉冲信号,利用该脉冲信号能将LM3S1138从休眠状态唤醒。
防冲突功能是基于分时发送来实现的,数据采集端的分时发送功能主要依靠自身的地址编号电路来实现。
数据采集端和数据接收端采用相同的无线传输模块。
6.影响因素
6.1信号取样
氧化锌避雷器的接地线一般不允许断开,信号大多是在计数器的两端取样,当计数器位置较高时,如图5所示。电流传感器的上端接线需要人工攀爬,危险性很高,给测量带来很大不便。
6.2 同步测量误差
电压信号和电流信号没有同时测量,会给相位角差带来很大误差,氧化锌避雷器的很多参量计算都是依靠相位角差,远距离、精准同步测量是测试要求的重点。
7.现场应用
7.1 变电站
传输信号应采用硬件处理方式,经过时间可预测、稳定不变的硬件通道,才能保证测量精度。
图5 计数器位置较高的MOA测量示意图
采用合理的技术方案,本系统具备三种可选择的无线通讯方式400米、800米、3公里,分别对应的技术指标为400米内可进行介损带电测试、800米和3公里内可进行避雷器带电测试,800米和3公里的差异在于选择不同的发射单元和天线。一般的应用场合是500kV变电站内可以选择800m工作方式,变电站周边3km范围内的线路避雷器和电缆出线处的避雷器进行带电测试。
7.2 线路
现场环境非常复杂,PT端子和氧化锌避雷器之间的状况千变万化,长距离的现场布线受到的干扰非常严重,也具有危险性。对于线路避雷器而言,采用有线测量的方式根本不可能,只能采用无线传输模式,而无线传输的距离受环境的制约非常明显,因此,稳定可靠的长距离无线测量方式,对于现场试验而言,具有重大意义。
经过多年的摸索和反复的现场试验,解决了上述问题。主要采用的方式有:
1)在相同的发射功率下,距离与频段成反比,系统设计之初就考虑采用低频的公用频段。
2)发射功率增强,传输距离也会增加,从电路板的设计到天线的制作,严格按照阻抗匹配的原则,将发射功率完全耦合到天线,有效增加传输能量,提高通信的距离。
3)采用先进的无线测量仪表,匹配器件参数,提高接收机的灵敏度。相同环境下,接收机灵敏度提高,也会增加通信距离。
无线带电测试的原理如图6所示。
针对线路避雷器的具体特点,有如下两种接线方式可供参考选择:
电流传感器直接安装在计数器下端,二次侧信号接入端尽量靠近仪器测量端,如图7所示。
电流传感器为无源穿芯传感器,传感器二次侧的信号通过屏蔽线引入到线路杆塔的中下部位的金属盒子中,测试时直接将金属盒子中二次侧取样信号送入仪器,减少攀爬接线的工作量。
图6 远距离无线通信测量方式
图7 电流传感器安装方式
从计数器的上端直接引线下来,接入到杆塔中下部的金属盒子中,如图8所示.
图8 引线测量方式
测量时将仪器测量线接到绝缘引线,工作量很小,成本也非常少,但要考虑绝缘性能,同时绝缘引线可能会有较强的感应电压,下端不能太低,以防人误碰触。
第二种方案方便易用,通用性也很强。目前绝缘强度较高的线也容易买到,只要注意引线下端离地面高度就可以了。唯一需要验证的是这种方法是否符合目前系统的安全运行规定。
7.3 监测目标
7.3.1 串联空气间隙避雷器的监测
串联空气间隙避雷器因平时没有泄漏电流,所以无法开展阻性电流的监测,一般是通过监测避雷器动作电流峰值和动作次数。国标《交流无间隙金属氧化物避雷器GB11032-2000》中规定:试品应能耐受20次峰值等于避雷器标称额定放电电流而波形为8/20的雷电冲击电流试验。因此氧化锌避雷器运行中如果超过额定通流容量的次数超过20次,其次数已超过国家标准要求,设备性能和运行状态需进行认真评估。
针对线路避雷器,设计了穿芯式的冲击电流传感器和在线监测单元,可实时记录线路避雷器动作电流峰值和动作次数,并通过GPRS将数据传回后台系统。
7.3.2 动作电流和泄漏电流的监测
在变电站周围3km范围内,针对无间隙的避雷器可开展动作电流和泄漏电流的在线监测。泄漏电流的监测和带电测试的原理基本相同,只是传感器和监测单元安装在现场。动作电流的监测和间隙避雷器的动作电流监测方式一致。
8.结语
无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统是电力设备在线监测技术发展的必然产物。经现场运行,该系统具有实用、灵活、可靠等特点,可扩展性强,适于智能电网发展的需要。
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关键词:氧化锌避雷器;带电测量;阻性电流分量
中图分类号:G3文献标志码:A文章编号:1673-291X(2011)04-0297-03
引言
氧化锌避雷器因其优越的过电压保护特性而逐步取代了老式的阀式避雷器,在电力系统中得到广泛应用。但氧化锌避雷器阀片老化以及经受热和冲击破坏会引起故障,严重时可能会导致爆炸,避雷器击穿还会导致变电站母线短路,影响系统安全运行。因此,必须对运行中的氧化锌避雷器进行严格有效的检测和定期预防性试验,开展氧化锌避雷器在线监测。由于氧化锌避雷器预试(特别是主变三侧避雷器)必须停运主设备,会影响设备的运行可靠性,而且有时受运行方式的限制无法停运主设备,导致避雷器不能按时预试。因此,氧化锌避雷器的带电测试与在线监测显得尤为重要。
一、氧化锌避雷器的工作原理
氧化锌ZnO避雷器是20世纪70年展起来的一种新型避雷器,它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压(叫压敏电阻),在正常的工作电压下(即小于压敏电压)压敏电阻值很大,相当于绝缘状态,但在冲击电压作用下(大于压敏电压),压敏电阻呈低值被击穿,相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态,是可以恢复的;当高于压敏电压的电压撤销后,它又恢复了高阻状态。因此,在电力线上如安装氧化锌避雷器后,当雷击时,雷电波的高电压使压敏电阻击穿,雷电流通过压敏电阻流入大地,使电源线上的电压控制在安全范围内,从而保护了电器设备的安全。
二、氧化锌避雷器带电测试的理论依据
1.氧化锌避雷器带电测试的重要性
氧化锌避雷器在运行中由于其阀片老化、受潮等原因,容易引起故障,这将导致主设备得不到保护,严重时可能发生爆炸,影响系统的安全运行。而氧化锌避雷器预试必须停运主设备,会影响设备的运行可靠性,而且有时受运行方式的限制无法停运主设备,导致避雷器不能按时预试。因此,氧化锌避雷器的带电测试与在线监测显得尤为重要。
2.氧化锌避雷器带电测试的目的
利用氧化锌避雷器的带电测量,测得避雷器阻性电流与总泄露电流的比值,即氧化锌避雷器的阻性电流分量,来判断避雷器的受潮及老化状况。因氧化锌避雷器在阀片老化以及经受热和冲击破坏以及内部受潮时,氧化锌避雷器的有功损耗加剧,也即避雷器泄露电流中的阻性电流分量会明显增大,从而在氧化锌避雷器内部产生热量,使得氧化锌避雷器阀片进一步老化,产生恶性循环,破坏氧化锌避雷器内部稳定性。通过氧化性避雷器带电测量有功分量,及时发现有问题的氧化锌避雷器,将设备故障杜绝在萌芽状态。
3.影响氧化锌避雷器带电测试因素
影响氧化锌避雷器带电测试的因素很多,主要有间隔内相间干扰、测试方法、表面污秽等因素。而表面污秽可以在现场通过对氧化锌避雷器的表面清洁处理得到解决,这里主要排除间隔内相间干扰、测试方法对测量带来的影响。
三、氧化锌避雷器带电测试
1.测试方法的选择
氧化锌避雷器在线检测试验中,采用了ZD1试验仪器,该仪器具备三种功能,分别是:二次电压参考法、感应法和谐波分析法,其中谐波分析法在实际试验中极少使用。感应板法因操作安全,方便,快速,经常被采用,但是这种测试方法受电场干扰影响大,且感应板所取信号受感应板位置的影响也很大,所以试验数据波动性大。二次电压法需要从与避雷器相应的PT二次取参考电压,这一试验方法需要其他班组成员的配合,用该试验方法获得的数据很稳定,且于避雷器停运时的数据有可比性,所以,应该成为氧化锌避雷器在线检测的最主要方法。
以下为感应板法和二次电压法进行比较的数据(注:比较数据为投运前对避雷器工频参考电压下测量的数据):
通过上表的比较可以发现,二次电压法测得的数据更准确,而感应板法的数据偏大,且A、C两相的误差比较大。
2.氧化锌避雷器带电测试的角度校正
一般三相氧化锌避雷器排列呈一字型,运行中的三相氧化锌避雷器,通过杂散电容相互作用,使两边相避雷器底部总泄漏电流发生相位变化,由于间隔内相间干扰使被测相氧化锌避雷器的泄漏电流发生变化,会引起被测相氧化锌避雷器电压基波与总电流基波φU-Ix 发生变化,氧化锌避雷器在持续运行电压下正常运行,因为IR/ IX小于等于25%,故φU-Ix 为80°~85°,φU-Ix如果偏离,则所测参数便偏离真实值,给测量带来误差。A,B,C(边,中,边)三相氧化锌避雷器一字形排列,运行时的电流和电压向量(见图1),A,C两相相对B相的作用是对称的,相互抵消。因此,在测量B相氧化锌避雷器时,电流探头从B相氧化锌避雷器泄漏电流监测仪取总电流IX信号,电压探头与B相PT二次绕组联接,即可进行测量。
测量A相氧化锌避雷器时,由于B相氧化锌避雷器对A相氧化锌避雷器的作用,可以考虑测试前输入一个校正角度φ0,使测试时的φU-Ix 接近真实值。首先电压取A相PT二次信号,电流取C相 氧化锌避雷器电流信号,测φU-Ix记为φC ,然后电流取A相氧化锌避雷器电流信号,测出φU-Ix记为φA ,此时一切读数均为氧化锌避雷器未校正的读数,IA与IC的夹角为120°,B相对C相的影响和B 相对A相的影响是对称的,故φOC=-φOA (见图1),得:
校正角φOA=(φC-φA -120°)/2
采用角度校正前后的试验数据比较如下:
根据江苏省电力公司《江苏省电力设备交接和预防性试验规程》“若测量的组性电流与初始值比较有比较明显的变化时,应加强监测,当阻性电流增加1倍时,应停电检查。”“泄露电流有功分量测量值应小于等于全电流的25%”,未引入角度校正的数据中,出线1的C相已经接近临界值,而出线2的C相则已经超标,而出线1的A相与出线2的A相都明显偏小,与对应数据相差比较大,两组氧化锌避雷器一组需要加强监测,一组需要停运检查。引入角度校正的数据则表明两组氧化锌避雷器运行状况良好。
结论
对氧化锌避雷器带电测量时,采用二次电压法、引入角度校正,能有效的对氧化锌避雷器运行状况提供准确的依据,特别是IR/IX接近标准的临界状态时,能确定该氧化锌避雷器是否可以继续使用,避免对氧化锌避雷器状况的误判断。用上述方法进行氧化锌避雷器带电测量时,所需要携带的设备繁多,若能将设备进行简化,则更具有现场使用价值。
参考文献:
关键词: 避雷器 特性 应用 问题分析 技术措施
中图分类号:TU895文献标识码: A
1. 避雷器应用中的问题探讨
1.1避雷器自身过电压防护问题
避雷器是过电压保护电器,它们是牺牲品。其自身也同样存在过
电压防护问题。对于能量有限的过电压,如雷电过电压和操作过电压,避雷器泄流能起限压保护作用;对能量无限(有补充能源)的过电压,如暂态过电压(工频过电压和谐振过电压的总称),其频率或为工频,或为工频的整数倍或分数倍,与工频电源频率总有合拍的时候,如因某些原因而激发暂态过电压,工频电源能自动补充过电压能量,即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减,暂态过电压如果进入避雷器保护动作区,势必长时反复动作直至热崩溃,避雷器损坏爆炸。在鲁宁输油管线齐河泵站,曾因6KV手车柜FCD老式避雷器在几次连续性的弧光间隙过电压的摧残下热崩溃损坏爆炸,连带造成6KV开关室停电,影响正常输油式多天。因此暂态过电压对避雷器有致命危害。如果已将全部暂态过电压限定在保护死区内不受其危害的避雷器,称之为暂态过电压承受能力强,反之称暂态过电压承受能力差。碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强,但由于运行中动作特性稳定性差,常因冲击放电电压(保护动作区起始电压)值下降,仍可能遭受暂态过电压危害。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压(可近似地把参考电压当作拐点电压)偏低,仅2.21~2.56Uxg(最大相电压),而有些暂态过电压最大值达2.5~3.5Uxg,故有暂态过电压承受能差的缺点。对暂态过电压危害有效防护办法是加结构性能稳定的串联间隙将全部暂态过电压限定在保护死区内,使避雷器免受其危害。串联间隙氧化锌避雷器有此独具优点。
1.2避雷器自身对电力系统的不安全影响
保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后,保护回路再也没有限流元件,保护动作都要造成接地故障或相间短路故障,保护作用增多电力系统故障率,影响电力系统的正常、安全、稳定运行。应用氧化锌避雷器,从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障,且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。
1.3避雷器其连续雷电冲击保护能力
有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击,连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs(微秒)至数千μs,间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流,切断续流时耗最大达10000μs,一次保护循环时间要远大于10000μs才能恢复到可进行再次动作能力,故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流,雷电流泄放(小于100μs)完毕,立即恢复到可进行再次动作能力,故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力,这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。
1.4工频能源的浪费
只关注防雷器件泄放雷电流的限(降)压保护作用,轻视或忽视有些器件同时泄放工频电流浪费能源作用,是偏面的思维方式。保护间隙或管型避雷器保护动作可能伴随短路电流(几kA至几十kA)对地放电,碳化硅避雷器保护动作有工频续流(避雷器FS型为50A,FZ型为80A,FCD型为250A对地放电,而造成能源浪费,使用氧化锌避雷器可彻底避免保护作用带来的工频能源浪费。
2.避雷器保护特性
2.1避雷器的保护特性参数
各种型号的避雷器在同用途同电压级时,其雷电残压参数相同或接近,这是因为各生产厂都是按国标规定决定残压值的。有人认为既然雷电残压值一样,它们的保护作用和效果也应是一样的,随意选用哪种型号都可以。这是一种偏见,因为除雷电残压外,还有其它保护参数,如工频放电电压值,冲击放电电压值,是考察避雷器暂态过电压承受能力,保证其长期正常运行的参数;又如是否有雷电陡波残压值,是标示避雷器防雷保护功能完全的重要参数。综合来看,只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数,也就是说它有齐全的防护功能。
2.2避雷器动作特性运行稳定性
碳化硅避雷器保护动作要泄放雷电流和工频续流,动作负载重,经计算每次动作泄放雷电流为0.04~0.07 C(库仑)电荷量,工频续流为0.5~2.5 C电荷量,后者与前者相比一般为11~17倍,且其间隙数量多、隙距小,常因动作负载重使部分间隙烧毛烧损,另外瓷套外壳脏污潮湿也会影响内间隙电容分布,这些都可能使部分间隙失效而降低冲击放电电压值,即动作特性稳定性转差,可能增加保护动作频度,或遭受暂态过电压危害,而加速损坏。串联间隙氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流而无续流,动作负载轻,间隙不需具有灭弧及切断续流能力,故间隙数量少,3~10kV避雷器仅一个间隙,35kV避雷器为3个间隙串联,间隙的工频放电电压值与碳化硅避雷器相同,符合国标GB7327之规定,动作特性可保持长期运行稳定。
2.3串联间隙氧化锌避雷器
碳化硅避雷器因其间隙结构(隙距小,数量多)带来一些缺点:如没有雷电陡波保护功能;没有连续雷电冲击保护能力;动作特性稳定差可能遭受暂态过电压危害;动作负载重寿命短等。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低,有暂态过电压承受能力差,损坏爆炸率高和寿命短等缺点。
串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO(氧化锌)阀片,其间隙结构不同于碳化硅避雷器,因其间隙数量少,当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿,同时因隙距大动作特性稳定,故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区内免受其危害,故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器兼有前两种避雷器保护性能优点,而避免它们的缺点。
2.4避雷器运行工况监测
避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大,运行中不易发现,有可能长时带病运行,以致扩大事故,故有必要监察其运行工况。碳化硅避雷缺乏监测手段,靠每年定期普遍测试筛选淘汰;(对氧化锌避雷器的春秋检,国标也规定了在与出厂值进行对比,查一下GB50150,试验规范怎么说的)这样作事倍功半,还不能随时剔除失效品。氧化锌避雷器可附带脱离器,当其失效损坏时,脱离器自动动作(30mA时不大于8min)退出运行,以免造成更大损失和事故,提高运行安全可靠性。在线监测这对运行管理是至关重要的安全手段。
3.避雷器应用
3.1避雷器外形尺寸对选用的影响
制造避雷器均按户内外两用条件决定其瓷套绝缘强度,其外形尺寸与阀片材料有关。当其用于架空线路或户外变配电设备时,因其相间距大,避雷器外形尺寸不会带来不良影响。户内手车式开关柜因其体积尺寸较小,避雷器外形尺寸大时会带来不良影响。碳化硅避雷器的SiC(碳化硅)阀片其单位通流容量仅为ZnO阀片的1/4,在相同通流能力5kA条件下,SiC阀片直径较大,避雷器外径也大;在相同额定电压和残压条件下,碳化硅避雷器高度比氧化锌避雷器大。尤以35kV级的更为显著。如JYN1-35型手车柜的112方案(电气设计标准图集编号),原用FYZ1-35型无间隙氧化锌避雷器,高仅650mm,装在柜后部隔室内简易手车上,上部有隔离插头,因该产品已停产,有的工程设计单位坚持改用FZ3-35型碳化硅避雷器,高 1500mm,隔室高度不够,只得将母线室与隔室间隔板取消,避雷器直接与主母线相联,这样避雷器的测试或更换必需在整段主母线断电下进行,运行维护困难,而避雷器外径较大,相间空气净距不够,加装的相间绝缘隔板,有老化受潮绝缘事故隐患。
氧化锌避雷器外径和高度相对较小,35kV级还可作成悬挂式,如Y5CZz-42/110L型串联间隙氧化锌避雷器,高度仅640mm。小型化避雷器更有利于手车柜内安装使用。
3.2避雷器性能价格比对选用的影响
无间隙氧化锌避雷器的阀片运行中长期承受电网电压,工作条件严酷,产品制造时要对阀片严格测试筛选,合格率低成本高,故价格也高;因它有暂态过电压承受能力差的致命弱点,不适于在我国3~35kV电网中推广使用。串联间隙氧化锌避雷器因有间隙,大大改善阀片长期工作条件,产品制造时对阀片测试筛选要求相对低些,合格率高成本低,价格也就便宜,串联间隙氧化锌避雷器价格比无间隙氧化锌避雷器普遍便宜,有时也比碳化硅避雷器(如3~10kV的FZ型)便宜,同时它对其他防雷器件都有扬长避短作用,实为当代最先进防雷电器,具有高的性能价格比,是避雷器更新换代的普及和推广产品。
3.3避雷器使用寿命问题对选用的影响
避雷器使用寿命与许多因素有关,除制造质量,密封失效受潮及其他外界因素外,避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。碳化硅避雷器因其动作和负载重,续流大,动作特性稳定差,可能遭受暂态过电压危害等原因,加速阀片老化,寿命不长,一般7~10年,甚至有仅3~5年的。无间隙氧化锌避雷器的阀片长期承受电网电压,工作条件严酷,拐点电压低,动作频度大,还可能遭受暂态过电压危害,温度热损伤等原因,迅速加快阀片老化,寿命较短,有的比碳化硅避雷器还短。
串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压,时间极短(100μs内),在其他情况下阀片对于电网电压,或处于隔离状态(纯间隙时),或处于低电位状态(复合间隙电阻分压),大大改善阀片长期工作条件,还可免受暂态过电压危害和温度热损伤,保证阀片温度不超过55℃,从而保证避雷器寿命达 20年以上。
4.氧化锌避雷器运行中的主要问题分析
氧化锌避雷器用在线路上教早始于80年代末。从南京管道输油公司仪征储油罐站应用氧化锌避雷器的质量情况了解到,运行10多年在110KV母线上共发生4起事故,直接影响储罐及输油管道安全运行,均为氧化锌避雷器本体爆炸,其运行寿命最长达110个月,最短的仅有11个月。从运行时间、安装环境、气候及生产厂,对损坏的氧化锌避雷器进行技术分析,造成氧化锌避雷器运行中爆炸的原因可归纳如下几项:
4.1 避雷器的密封问题 氧化锌避雷器密封老化问题,主要是生产厂采用的密封技术不完善,或采用的密封材料抗老化性能不稳定,在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期,造成其密封不良而后使潮气浸入,造成内部绝缘损坏,加速了电阻片的劣化而引起爆炸。
4.2电阻片抗老化性能问题
在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期,电阻片劣化造成泄漏电流上升,甚至造成与瓷套内部放电,放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高,而引起氧化锌避雷器本体爆炸,内部放电不太严重时可引起电路系统单相接地。
4.3瓷套污染问题
工作在室外的氧化锌避雷器,瓷套受到环境粉尘的污染,特别是设置在较污秽厂区内的变电所(造纸、冶金、炼化),由于空气中导电微尘的比例较大,故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀,而使沿瓷套表面电流也不均匀分布,势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布),使流过电阻片的电流较正常时大1—2个数量级,造成附加温升,使吸收过电压能力大为降低,也加速了电阻片的劣化。
4.4 高次谐波问题
在仪征储罐油库及长输管道企业有大功率6KV变频输油泵机组应用大功率冲击负荷等场所,电网上的高次谐波值严重超标。避雷器电阻片的非线性,当正弦电压作用时,本身还有一系列奇次谐波,而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。
4.5抗冲击能力问题
氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故,其原因是因电阻片在制造工艺过程中各工艺质量控制点控制不严,而使电阻片的耐受方波冲击能力不均等,在频繁吸收过电压能量过程中,加速了部分电阻片的劣化速度而损坏,失去了自身的技术性能。
5.可采取的技术措施
针对大型储罐区及输油管道工业企业、界电网的特点及氧化锌避雷器常见事故的分析,要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行,拟应采取以下措施:
5.1设计选型——厂家的资质、品质的前提,生产准入措施
在设计选型上,应首选有多年稳定运行实践的产品,在选择生产厂家时,应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂家,才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能,以使在产品的寿命周期内稳定运行。
5.2在线监测——知情措施,运行监控方的辅助措施
增设氧化锌避雷器的在线监测仪,并加强对储罐区在线监测仪的巡检力度,特别是在雷雨后和易发生故障的部位(有变频、冲击负荷的母线段、氧化锌避雷器寿命已到后期)增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及抓好在线监测仪的校验。
5.3瓷套防污——运行管理方的日常清扫措施
采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清扫或涂以防污闪硅油,在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。
5.4谐波治理——必须抓紧量化控制的影响电力环境的强制性措施
加强电网谐波的治理力度,在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置,以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。
5.5技术管理——早有规程要求的基本的预防性措施
加强对氧化锌避雷器的技术管理工作,即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器编号,建立技术档案,对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案,直至该避雷器退出运行。
氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压,受潮、污闪、系统条件、本身故障等,但仍有一定比例损坏的原因不详,故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性,及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性,都决定着氧化锌避雷器的安全运行的可靠性。
为提高一类负荷的供电可靠性,需在今后的工作实践中下大力气去研究实验探索和总结避雷器的运行,提高它的安全可靠性,以使得其在运行中的不安全因素降到最低,避免应雷击等自然因素造成用电设备的损伤和引发更大的事故。
【关键词】氧化锌避雷器 泄漏电流 在线检测
1 氧化锌避雷器泄漏电流的危害
氧化锌避雷器被广泛应用到各个行业的避雷工作中,尤其是在多雷雨季节以及多雷雨地区,通过氧化锌避雷器的应用,可以有效的避免或降低雷击的危害[1]。然而,当避雷器的泄漏电流值超过《电力设备交接和预防性试验规程》规定值后,避雷器本身使用的安全性会下降,不及时发现问题,将导致问题的进一步扩大,再受到强雷击的情况下,可能会造成避雷器设备的损坏、烧毁,成为电力系统安全稳定运行的隐患。
2 氧化锌避雷器泄漏电流在线检测
通过以上的分析了解到,氧化锌避雷器泄漏电流一旦超出安全标准的话,带来的危害极为严重,对此,必须采取有效的检测措施及时了解和掌握氧化锌避雷器的运行状态,以便于及时对其做出正确的维护工作。现阶段氧化锌避雷器泄流电流的在线检测方法有很多,尤其是在科技快速发展的过程中,其在线检测方法也会不断的进行更新,作者主要从三次谐波法、仪器测试法、基波法等在线检测方式进行分析。
2.1 三次谐波法
众所周知,避雷器对线路运行的安全性、可靠性有着极大的作用,可以有效的做到雷电防御危害,是保证电网运行安全的关键性措施[2]。氧化锌避雷器作为避雷设备的重要组成部分,为保证氧化锌避雷器运行的安全性、可靠性等,需要做好氧化锌避雷器的在线检测,尤其是氧化锌避雷器泄漏电流的问题将会给电网带来极大的危害,对此,应积极做好氧化锌避雷器泄漏电流的在线检测工作。三次谐波法是氧化锌避雷器泄漏电流在线检测的重要方法之一,三次谐波法主要依据是阻性全电流IR与三次谐波阻性电流IR3的比例关系进行检测的,并通过对三次谐波阻性电流大小的测量来得到阻性电流值,从而有效的对氧化锌避雷器泄漏进行检测,及时发现氧化锌避雷器泄漏电流的漏洞,以便于及时对其进行改进和完善。
2.2 仪器测试法
所谓仪器测试法,顾名思义主要是运用测量、测试仪器等设备来实现对氧化锌避雷器泄漏电流的检测[3]。就当前测量仪器来看,主要采用单片机技术以及单板机等技术较多,而且,为了提升其技术的精度,应对各类信号检测技术进行有效的设计,不仅要保证避雷器运行的安全性、可靠性,同时,要尽量避免避雷器泄漏电流现象的发生,以免氧化锌避雷器失去原有的功能。当前所使用的仪器在线检测的方法比较多,例如,在某市S企业发展的过程中,应用了大量的氧化锌避雷器,而该企业为了提升氧化锌避雷器运行的可靠性,不断的加大对该设备在线检测的投入,如采用钳形CT也就是电流互感器,在CT输出端上可以得到氧化锌避雷器的泄漏电流信号,从而有效的实现对氧化锌避雷器泄漏电流的在线检测。另外,也可以从避雷器的计数器外来抽取相应的检测信号,从该企业实施这种在线检测方式以来,该种检测方法的安装较为简单,检测效果较好,充分的保证了氧化锌避雷器的避雷效果,实现了该企业的良好发展。
2.3 基波法
基波法是氧化锌避雷器泄漏电流在线检测较为常用的一种检测方法,基波法主要是采用数字谐波分析技术,从泄漏的电流中将阻性电流的基波值分离出来,以此来对氧化锌避雷器运行的状况进行判断,从而实现对氧化锌避雷器泄漏电流的在线检测,对确保避雷器运行的安全性、可靠性等有着极大的作用[4]。另外,在基波法运用的过程中,应有一些注意事项,例如,基波法在线检测可能会受到相间的干扰,从而造成测量值的不准确,尤其是三相避雷器,一旦出现泄漏电流的现象,可能在底部会发生相位的变化,而相间的干扰将会造成泄漏电流在线测量的误差,无法准确的对避雷器的运行状态进行检测评估;通过大量的实践发现,氧化锌避雷器在正常运行的过程中,阻性电流中含有基波成分以及高次谐波的成分等,而在实际中,基波成分会做功发热,高次谐波的成分却不做功不发热,因此,在采用基波法进行在线检测的过程中,作者建议应采用阻性电流的基波值来对氧化性避雷器的小电流特性进行研究更为合理,从而有效的确保氧化锌避雷器在线检测的质量。
3 结语
综上所述,氧化锌避雷器作为防止系统雷电、操作过电压的主要设备,其运行状况将直接影响到系统的安全运行,而通过泄漏电流的在线检测是可有效检测出那些存在隐患避雷器,及时发现问题,及时做好相关的处理措施,会有力的支持电力系统的安全稳定运行。通过本文对氧化锌避雷器泄漏电流在线检测的分析,作者主要从三次谐波法、仪器测试法、基波法等三种三线检测方式进行分析,希望可以为保证氧化锌避雷器运行的稳定性、可靠性提供一定的帮助。
参考文献:
[1]常越,钱家骊.几种检测氧化锌避雷器阻性泄漏电流方法的分析[J].电瓷避雷器. 2014,13(04):120-121.
[2]李小建,刘涛,霍宏.氧化锌避雷器泄漏电流测试仪检定结果测量不确定度评定[J].云南电力技术.2012,04(01):234-235.
论文摘要:通过在电网雷电活动频繁地区的110kV线路上采用合成绝缘外套金属氧化物避雷器改进防雷措施的研究,经过试验和实际运行,证明此改进是成功、经济和有效的,雷击跳闸次数由1996年的7次,降为1997年的1次,1998年的0次。
电网中的事故以输电线路的故障占大部分,输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重较大,尤其是在山区的输电线路中,线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的,据运行记录,架空输电线路的供电故障一半是雷电引起的,所以防止雷击跳闸可大大降低输电线路的故障,进而降低电网中事故的发生频率。经多年摸索,我国的输电线路防雷基本形成了一系列行之有效的常规防雷方法,如降低接地电阻、架设避雷线、安装自动重合闸等,但是对于一些山区线路,雷害十分频繁,降低接地电阻又极其困难,而且费用高、工作量大,效果也受到一定的限制。由于近些年110kV及以上电压等级的合成绝缘外套金属氧化物避雷器的研制成功,为解决线路的防雷提供了一种新的手段。电网内雷电活动频繁的两个地区之一的一条线路来讨论,该线路经过高山大岭的一段杆塔,在雷雨季节经常遭受雷击,造成线路跳闸,为了解决这个问题,在该线路129号~167号杆塔上共安装了20只合成绝缘外套金属氧化物避雷器,经过一年多的运行实践和一系列的带电监测研究,证明这种改进的防雷措施对于山区线路的防雷是经济、有效的。
1线路的基本情况及改造情况
1.1线路的基本情况
高山大岭约占40%,雷电活动非常频繁,年雷电日在40日以上,每年由于雷击而引起的故障占全年运行故障的60%左右。110kV线路全长49.40km,导线均无换位,平地占13.2%,一般山地占53.1%,高山大岭占33.7%。线是与电网的联络线,位置重要,该线路又是雷击事故较多的线路之一,由于这些杆有近一半在山顶上,所以雷击点的查找以及瓷瓶串的更换极其困难,工作量很大。
据资料介绍,雷击是有选择性的。220kV新(安江)杭(州)一回全长119.4km,于1960年9月28日投运,自1962年起在线路上安装了大量的磁钢棒进行测量记录,通过1962年至1988年的雷电流幅值记录和1961年至1994年的线路雷击跳闸率分析指出,雷击是有选择性的,线路全长一半左右无雷击记录,多雷区和易击点约占全线的三分之一,加强多雷区和易击点的防雷措施能显著降低雷击跳闸率。所以我们决定在线129号~167号杆上安装避雷器,以降低该线路的雷击跳闸率。
1.2线路129~167号杆的改进情况
1.2.1接地的改善
129号~167号杆中接地电阻值高的杆塔共有11基:129、133、134、138、139、145、154、158、162、165、167号,见表1。此段杆塔高山大岭占42%,一般山地占49%,平地占9%;我们对该段的接地进行了改善,重新埋设了接地引下线,对于接地土壤不好的采取了换土措施,较严重的采取了埋设连续伸长接地体的措施,工程实施后输电杆塔的接地电阻有了明显的降低,如表2所示
1.2.2外绝缘的改善
对于这一段线路中所有的零值瓷瓶进行了更换,并且对所有的直线杆塔(保证对地距离足够的条件下)每相增加一片绝缘子,改为采用8片XP-7绝缘子。实施后的绝缘子爬电距离(下称爬距)、泄漏比距(下称泄比)与实施前的对照表参见表3,从表中可以明显看到线路的绝缘水平有较大幅度的提高。
2避雷器的选择及参数的确定
2.1避雷器的选择
2.1.1选择复合绝缘外套氧化锌避雷器
由于常用的避雷器是瓷外套,比较重,安装不便,使用在线路上有一定的局限性,而且如果发生爆炸,它的碎片将危及临近绝缘子的运行安全,所以必须选择一种比较适合于线路上使用的避雷器。
随着国内硅橡胶技术的发展,近些年研制成功的复合绝缘外套氧化锌避雷器就是一种适合悬挂于线路杆塔上的避雷器,与传统的瓷外套避雷器相比,它除去了笨重的外套,改用新型硅橡胶复合有机外套,因而它具有重量轻等优点,甚至在复合外套避雷器损坏时能允许线路继续运行,而其电气特性、保护特性方面大体与瓷外套避雷器相当。
国际上,美国、日本、俄罗斯等国已大量使用复合外套氧化锌避雷器,在美国的公路上随处可见运行中的配电变压器都带有复合外套氧化锌避雷器,据统计美国己有上千万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用,日本也有百万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用。随着我国硅橡胶技术的发展,我国也相继研制成功了110kV、220kV的复合外套氧化锌避雷器,表4是北京某公司研制的110kV复合外套氧化锌避雷器的电气特性。
2.1.2选择外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器
悬挂在线路铁塔上的复合绝缘外套氧化锌避雷器有两种:一种是外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器(简称GMOA);另一种是外部不串间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器(WGMOA)。GMOA的外串间隙在线路正常运行时能够隔离电网运行电压,保持MOA不承受电压,所以避雷器的额电压可以选得较低,而且在MOA故障损坏时允许线路继续运行,但是这种避雷器的保护特性较差,放电特性主要由间隙决定,其冲击放电电压比避雷器的残压要高得多。图5给出了北京某公司研制的110kV等级带串联外间隙的避雷器的外间隙冲击放电电压的试验结果。当WGMOA悬挂在线路上运行时,其运行状况可随时得到监视,且安装方便,保护特性相对来说较好,仅决定于避雷器的残压。两种避雷器使用时各有优缺点,为了安装方便、获得好的保护效果,并便于监视避雷器的运行状况,我们决定选择使用外部不串间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器。
2.2避雷器参数的选择
由于选择使用WGMOA,避雷器长期运行在相电压下,且线路运行条件比变电站内的运行条件苛刻,为了避雷器运行的可靠性,将110kV复合绝缘外套氧化锌避雷器的额定电压由100kV提高到120kV,持续运行电压由73kV提高到90kV,直流1mA电压提高到170kV,考虑到避雷器遭直击雷的几率大,因而避雷器的大电流耐受水平由65kA提高到100kA,具体参数见表6。
另外由于避雷器长期悬挂于线路上并承受相电压的作用,我们在避雷器的型式试验中增加了在避雷器施加拉力试验过程中的局放试验,试验时取110kV避雷器一支,轴向施加静态机械负荷,施加拉力分别为500kg,750kg,在此负荷状态下施加1.05倍Uc,测量避雷器的局部放电,试验的结果见表7。
试验结果表明,当轴向机械负荷加到额定破坏负荷时,局部放电没有变化,所以其机电性能是稳定的,达到了设计要求。
3避雷器的安装情况
3.1避雷器的交接试验
为了在安装前了解避雷器的性能,1996年10月29~31日在华北电力科学研究院沙河高压试验大厅对北京中能瑞斯特公司的17只复合绝缘外套氧化锌避雷器进行了交接试验,试验项目包括避雷器的绝缘电阻测试、直流试验(直流1mA电压的测量、75%直流1mA电压下泄漏电流的测量)、交流试验等,试验结果合格。
3.2避雷器安装位置的确定
经过考虑研究,决定在直线绝缘子串和耐张绝缘子串上安装避雷器的方式,安装的具置。
考虑到在直线杆塔(垂直绝缘子串)上避雷器安装位置紧临绝缘子串,此时绝缘子串上的电压分布是否会影响避雷器的电位分布,继而影响避雷器的泄漏电流,从而加速避雷器的劣化过程,缩短避雷器的使用寿命,为此在沙河试验大厅进行了模拟试验,试验的结果显示,避雷器的这种安装位置对于避雷器的使用寿命影响很小,也基本不会影响带电试验的试验结果。
考虑到杆塔的海拔高度、地形地貌以及避雷器的保护范围,并且考虑到水平排列的三相的中间相(B相)基本上不会遭受直击雷,而三角形排列的顶相由于易遭雷击而需安装避雷器(如130号杆)等原则,在杆塔上装设了复合绝缘外套氧化锌避雷器,具体安装情况见表8。
4避雷器的运行状况及分析
4.1避雷器带电试验
17只避雷器在进行了交接试验后,1996年12月在线上安装,并于1996年12月进行了第一次带电测试,以积累避雷器带电试验的初始数据;然后在雷雨季开始后每个月进行了带电测试。从带电测试的结果看,避雷器运行正常。为了检验避雷器的性能,在雷雨季节过后,随机抽取了两只避雷器,然后带电拆下进行了试验,试验结果合格,也就是说避雷器在经过一个雷雨季节的运行后,性能良好。
4.2避雷器动作情况
截止1998年6月,避雷器总共动作了5次,其中1997年的雷雨季节期间动作了2次,都在140号杆塔的A相,1998年避雷器动作了3次,138号杆塔A相、140号杆塔A相,145号杆塔各一次。138号杆标高约367.2m,与139号杆档距达595m,易遭雷击,140号杆标高达464.9m,是这一段杆塔中海拔高度较高的杆塔,该号塔位于一高山大岭顶部,孤伶伶的,极易遭受雷击,该号塔曾于1992年遭受到一次雷击,145号杆高约428.2m,也在一山顶上,易遭雷击。
避雷器五次动作,使线五次受到避雷器的保护,避免了线路五次跳闸,所以安装避雷器的效果是明显的。
4.3线的运行情况
110kV线路自从1996年12月安装避雷器以来,运行直到1998年6月,线路仅跳闸一次(1997年8月31日),事故点在117号塔,是由于杆塔遭受雷击造成的。该塔距129号杆12极杆塔,在安装的避雷器的保护范围以外,所以反过来可以说明,避雷器的保护效果是明显的,即在避雷器的保护范围以内的杆塔均受到避雷器的保护,而在保护范围外的杆塔会遭受雷击。由于在1997年7、8月间,140号杆的避雷器动作了两次,保护了线路,鉴于这两次成功的经验,考虑到1996年117号也曾遭受雷击,而且这段线路中116号、117号、118号连续三极塔为单避雷线,地势高,山又陡,单避雷线改双避雷线的工作量特别大,所以于1997年11月7日在117号塔上也安装了三只合成绝缘外套氧化锌避雷器。
运行表明,5次雷击跳闸比较集中,所以避雷器的安装位置是比较合理的,它避免了线路5次跳闸,避雷器的效果也是很明显的。
综合比较这几年的运行情况,可以发现线自1996年12月安装了避雷器以来,雷击跳闸次数已于1996年的7次降至1997年的1次、1998年的0次(截止6月底),虽然雷击有一定的随机性,但是避雷器1997年动作2次、1998年动作3次,确确实实保护了线路,减少了雷击跳闸的次数,所以在线路上安装合成绝缘外套氧化锌避雷器能收到很好的保护效果。
5小结
供电公司的一条110kV输电线路——110kV线路,由于经过高山大岭的一段杆塔,在雷雨季节经常遭受雷击,造成线路跳闸,在这段杆塔降低接地电阻比较困难,且费用高、工作量大,效果也受到一定的限制。为了解决这个问题,我院与供电公司合作,在该线路117号、129号~167号杆塔上安装了总共20只合成绝缘外套金属氧化物避雷器,经过一年多的运行实践,避雷器一共动作了5次,有效地保护了线路。这些避雷器选择了适应线路运行的参数,经过带电监测研究,证明避雷器的性能能够满足在线路上运行的需要,同时经过一个多雷雨季节的运行经验证明这种改进的防雷措施对于山区线路的防雷是经济的、有效的。
【关键词】山区;输电线路;防雷技术
电力在人们的生产和生活中的作用是非常明显的,人们的生产和生活活动都离不开电力。电力工业也是我国的重要经济部门,是其他行业发展过程中必要的动力。为了促进国民经济更好的发展,可以优先发展电力工业,电力工业的发展是离不开输电线路铺设的,输电线路在我国的各个地区都有,其中很多的地区是自然环境非常恶劣的地区,有些输电线路是在非常空旷的原野上,在这种情况下,是非常容易导致输电线路遭受到雷击的,特别是在山区。在遭受到雷击的情况下,是很容易导致线路跳闸的,跳闸以后的电压会再重新传回到变电站,这样会使得变电站内的设备遭到破坏,后果是不堪设想的。所以一定要对输电线路的防雷措施给与保证,这样不但是保证用户的用电安全,同时也是对供电设备的一种保护。在我国的电网故障中,多为输电的线路故障导致,而在输电的故障中又以雷击跳闸的事故比重最大。在山区的输电线路中最严重的故障就是雷击跳闸引起的,防止雷击跳闸可以降低电网中事故的发生率。
一、加强线路绝缘
线路的绝缘性会直接影响线路的抗雷击水平,加强的线路的绝缘性是保证线路畅通,提高线路的运行安全的保障。线路的绝缘性可以减少线路遭到时发生跳闸的几率,这样是可以保证用户的用电安全。在山区有些线路的杆非常的高,这样也增加了线路的雷击风险,这种情况下,可以在进行接地时降低接地的电阻,并且要增强线路的绝缘性。在进行电线线路的设计时,可以设计避雷线保护线路,在线路进行铺设的时候,要掌握好避雷线保护杆之间的距离。
二、线路避雷器的应用
近年来,为了避免雷击对线路造成大的破坏,在线路上安装避雷器已经慢慢成为发展的趋势。避雷器一直是电力系统中限制大气电压的主要措施。为了使避雷器在安装后可以最大的实现其目的,工作人员要通过雷电定位系统对要安装避雷器的位置进行监测,对于监测的数据进行分析,找到该地区雷电活动最强烈的区域,将线路避雷器安装在该区域。为了更好的实现电网的运行安全,可以在线路接地的时候降低接地的电阻,这样可以更好的提高线路的抗雷击水平,而且可以减少线路出现跳闸的几率。在线路上安装避雷器是可以提高线路的防雷水平的,但是在这方面的投资往往都是非常多。
避雷器的选择是非常重要,不同的避雷器的性能有很大的差距,避雷器的主要功能就是在线路遭受到雷击以后将雷击的电流分散到接地装置上,并且要利用雷击后的作用力达到电位接地的目的。在对避雷器的选择时,通常有两种类型的避雷器,一种是无串联间隙有串联间隙两种。因为避雷器是要安装在输电的线路上,所以在进行选择时,应该选择体积小、结构简单、重量轻的避雷器。选择哪种类型的避雷器要看安装的线路是多大电压的输电线,对于电压较高的输电线路来说,无串联间隙的避雷器是最佳选择。在避雷器的安装时,也是有两种方式,一种是垂掉式,另外一种是竖直式。垂掉式的安装是将避雷器垂掉在导线上即可,而竖直式是将避雷器安装在横杆上。选择什么样的方式来进行安装,主要是由线路的实际情况来决定。
三、杆塔接地电阻的应用
山区内出现雷击杆塔时,塔顶首先接收电流,其电位与杆塔接地处的电阻存在着密切的联系,杆塔电阻的相对降低,能够有效减少电流反击现象的出现,保证杆塔及送电线路的安全。由于山区地貌、地质、地势的特殊性,使降阻的工作比较困难,应该根据具体的情况、充分利用杆塔所处地形特点进行针对性设计,选择切实可行的降阻措施。对于一般的杆塔,改善其接地方式、降低其接地电阻,是架空输电线路抗击雷电、防止跳闸事故的最经济而有效的措施。因接地不良而形成的较高接地电阻,会使雷电流泄放通道受阻,提升了杆塔的电位。因此,必须加强接地网的改造工作,认真处理好接地系统的薄弱环节,使避雷线与接地体有可靠的电气连接。降低土壤电阻率比增加接地体数量或面积而更有利时,可用人工处理方法来降低土壤电阻率。该方法是使用价廉、腐蚀性弱的盐类或电阻率较低的物质与土壤相混合,或将其埋于接地体附近。也可因地制宜,安装引外接地体,把接地体敷设在土壤电阻率较低的地区,或采用井式或深钻式接地体。
四、安装线路型头部分裂均压式避雷针
根据运行经验来分析,在线路的主线路杆塔中选出基易击杆塔安装线路型头部分裂均压式避雷针综合防雷装置。即在基易击杆塔的顶部各安装一套线路型头部分裂均压式避雷针,并在每基杆塔附近配合埋设一套三层短针散流式集中接地装置,线路型头部分裂均压针式避雷防雷针通过十圆钢接地引下线与三层短针散流式集中接地装置连接。最大特点是利用线路型头部分裂均压式避雷针屏蔽杆塔顶部,防止杆塔遭受雷击。线路型头部分裂均压式避雷针具有重量轻体积小,施工简便,对杆塔的接地电阻值要求不高,防雷效果好,可以在雷暴活动频繁、强烈与超强日晒、暴雨、严重覆冰、污秽等等各种恶劣的环境下安全运行,免维护,经久耐用等显著特点。
【关键词】电力设备;绝缘;在线监测
【 abstract 】 this paper focuses on the substation equipment on-line monitoring of development, think a safe, reliable, and real-time on-line monitoring system for substation high voltage electrical equipment will be the state overhaul to provide comprehensive, real equipment state information, but also for high pressure a safe operation of the equipment to provide a powerful guarantee.
【 keywords 】 electric power equipment; Insulation; Online monitoring
中图分类号: TM93文献标识码:A文章编号:
随着国民经济的发展,电力系统也逐渐发展壮大,传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求。电力设备在线监测应运而生。所谓电力设备在线监测就是利用传感、电子、计算机 数等技术 ,通过对运行中高压设备的信号采集和传输、逻辑判断,来实现对电力设备运行状态的带电测据处理、试或不间断实时监测和诊断。
一、传统的预防性试验存在的缺点
(1) 试验时需要停电,造成少送电和少发电。特殊情况下,由于设备不能停电造成漏试而形成安全隐患。(2)测试程序复杂 、工作量大、时间集中。而且易受人为因素影响。(3)试验周期长,不能及时发现 、诊断出一些发展较快的缺陷。(4)试验电压低,可能远远低于设备实际的工作电压,而且由于试验期间断电,不能真实地反映设备在运行磁场、温度和环境等影响,因而诊断的结状态下的电场、果未必符合实际运行状态。
二、基本原理
2.1 基本原理:高压电气设备绝缘在线监测技术是在电气设备处于运行状态中,利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参能真实的反映电气设备绝缘的运行状况。因此,对绝缘状况作出比较准确的判断。
高压电气设备绝缘在线监测主要检测参数是电气设备的介损值,其测量原理大都使用硬件鉴相既过零比较的方法。目前的绝缘在线监测产品基本都是用快速傅立叶变换(FFT 的方法来求介损。取运行设备 PT 的标准电)压信号与设备泄露电流信号直接经高速 A/D 采样转换后送入计算机,通过软件的方法对信号进行频普分析,仅抽取 50Hz 的基本信号进行计算求出介损。这种方法能很好地消除各种高次谐波的干扰,测试数据稳定,能很好地反映出设备的绝缘变化。对于设备物理量(如变压器油温、气体含量等) 的在线监测则是通过置放传感器探头的方法采集信号,并转换成数字信号送入计算机分析处理。
采样宜采用穿芯式传感器,采样技术是绝缘在线监测系统的关键所在。采样不准确,其余的工作将失去意义。对套管、CVT等电容型设备的在线监测,其电容C和介质损耗是很好的特征参数。目前多采用基准电压与试品电流相比较的方法,即取的二次电压做为基准电压,试品的电流则通过在其接地线上套以电流传感器获得。实践表明,其电容值具有较好的稳定性,而介损则有较大的波动。引起“介损”测量误差及波动的原因是多方面的,有来自电流传感器及PT的角差影响、相间耦合及电磁干扰的影响等。为消除电流传感器造成的误差,可采用线性度、稳定性都较好的超微晶磁性材料;其次采用有源传感器,其原理是在二次侧也可注人电流,以补偿激磁电流绐传感器造成的测量误差。“软采取既有硬件补偿又通过软件修正的方式进行。消除相间耦合及电磁干扰的影响硬相结合”可对传感器进行屏蔽,需要强调,不论采用哪种采样技术或何种形式的传感器,一定要保证电气设备的运行安全,“不侵入原则”杜绝末屏开路等安全隐患。
2.2系统的一般功能
高电压设备绝缘在线监测系统既能对带电设备的绝缘特性参数实时测量,又能对获取数据进行分析处理。一般具有以下功能:(1)测量避雷器在运行中的容性电流和阻性电流变化情况,掌握其内部绝缘受潮以及阀片老化情况。(2)测量 CVT、)耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备的泄漏电流和介质损耗,掌握其内部受潮和绝缘老化及损坏缺陷。(3)测量充油设备绝缘油的内部可燃性气体变化情)放电等缺陷情况。
三、监测设备要点分析
3.1 避雷器
目前变电站使用的氧化锌避雷器绝大部分不再有串联间隙,MOA 运行期间总有一定的泄漏电流通过阀片,加速阀片老化。在电流测量反映整体严重受潮现象,早期老化时阻性电流增加较多,全电流变化则不明显。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时,容性电流变化不多,而阻性电流却大大增加。避雷器事故主要原因是阻性电流增大后,损耗增加,引起热击穿。所以测量交流泄漏电流及其有功分量是现场检测避雷器的主要方法,预防性试验规程也将氧化锌避雷器)的测量列入预试项目。
3.2.CVT、耦合电容器、电流互感器、套管等容性设备
耦合电容器、电流互感器、套管等容性设测量 CVT、备介质损失角正切值是一项灵敏度很高的试验项目,它可以发现电气设备绝缘整体受潮、绝缘劣化以及局部缺,这是由陷。绝缘劣化一般具有以下一些基本特征:
(1)绝缘介质损耗值会增加)由此以及其他原因产生的热量最终可能导致绝缘的热击穿。测量绝缘损失角,可以检测介质损耗的变化。正切值(tgδ)
(2)绝缘中可能伴随有局部放电和树枝状电的发生)放电量很大的局放通常只是在有雷电或者操作过电压存在以及绝缘损坏的过程中才出现,通过 tgδ 测量可以反映由此产生的介质损耗。
四、数据的分析、诊断
数据的分析、诊断应以相互比较法和趋势分析方法为主。在采用高精度的传感器及先进的数字传输技术后,分析及诊断方法,才能最终形成优还要有好的数字处理、绝缘监测系统。把在线监测得出的数据与预试值相比较的方法是行不通的。因为前者是在实际工作状态下得出的,而后者是在停电情况下得出的,两者可能相差很大。较合理的做法是,首先对在线监测的原始数据进行预处理,过滤掉因某些随机干扰而出现的“野点” 然后运用相互比较法及趋势分析法进行诊断。
关键词:避雷器 过电压 检测 试验
1、 前言
氧化锌避雷器是一种与其他类型避雷器有很大差异的新型避雷器,由于氧化锌避雷器具有优良的非线性特性、无间隙、无弱续流、通流容量大、残压低、响应时间快,是保护电力系统安全运行的电力系统安全运行的的重要设备,在电力系统中得到了广泛的应用。不仅在高压、超高压电力系统新投运的变电站中几乎全部采用氧化锌避雷器,而且在已投入运行的电力系统中也大量改造使用氧化锌避雷器。目前,氧化锌避雷器在发电厂和变电站应用广泛。但无论是国产氧化锌避雷器还是进口氧化锌避雷器,随着运行时间的加长,氧化锌阀片在长期运行电压下的老化问题就会变得越来越突出。因此,在运行中定期对其进行预防性试验、加强运行中的检测是一项重要的工作。
2、 氧化锌避雷器试验方法
2.1氧化锌避雷器带电测试
在交流电压下.避雷器的总泄漏电流包含阻性电流(有功分量)和容性电流(无功分量)。在正常运行情况下.流过避雷器的主要为容性电流。阻性电流只占很小一部分.为5%~20%。但当电阻片老化后,避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时,容性电流变化不大。阻性电流大大增加。所以,带电测试主要是检测泄漏电流及其阻性分量,一般采用补偿法和数字谐波分析法。另外.还可以进行远红外线带电检测。它是用红外探测仪检测被测目标的红外辐射信号,经放大、转换处理后得到红外热像图。根据附带的固化程序分析得到正在运行的MOA各节电阻片的温度来确定是否有缺陷,该方法为非电气检测。操作简单,很适合现场使用。一般判断温差达1℃便可确定是否有缺陷,但是MOA的发热很大程度上取决于运行时的电压分布,当相电压改变5%时.MOA的能量损失可达20% ,直接导致MOA温度变化1℃~2℃ ,所以容易受外界的干扰。目前在热像分析上无统一的标准.准确判断有时要靠现场经验。
2.2氧化锌避雷器绝缘电阻试验
测试绝缘电阻是判断氧化锌避雷器是否受潮的有效方法。测试前应检查避雷器有无外伤、裂纹、上桩头有无松动、下部接地端子处连接等情况。测试时使用2500V兆欧表(摇表),把试验接线与避雷器连接可靠,摇表水平放置,摇的速度不要太快或太慢,一般120转/分。由于氧化锌阀片在小电流工作区域具有特别高的阻值,故绝缘电阻除决定于阀片外还决定于内部绝缘部件和瓷套。电力行业标准DL/T596—1996(电力设备预防性试验规程》对氧化锌避雷器预防性试验规定:35kV及其以下的避雷器绝缘电阻不低于IO00MfL;35kV以上。的避雷器绝缘电阻不低于2500Mft。进口避雷器一般按照厂家的标准进行。
2.3氧化锌避雷器停电条件下的直流试验
氧化锌避雷器的直流试验,主要是测量直流1mA电压(U1mA)及0.75 U1mA下的泄漏电流,该电压又称标称直流电压、参考电压、最小参考电压、临界动作电压、起始动作电压等。该电压反映氧化锌避雷器由小电流工作区到大电流工作区的分界点,是无间隙氧化锌避雷器的必做项目,直接反映避雷器承受短时过电压和系统额定电压的运行能力,可以检查避雷器的保护特性、装配质量和老化程度。规程中规定该值与初始值相差不得大于±5%。由于避雷器型号规格不同、通流量不等、厂家不同等原因,该电压差值较大。75%的值稍大于运行相电压的峰值,该试验主要检查长期允许工作电流是否符合规定,泄漏电流愈大,氧化锌阀片愈老化,愈严重,避雷器寿命愈短。
氧化锌避雷器停电条件下的直流试验接线如图1所示,随着电压的升高电流逐渐增大,当大于200μA之后就会急剧增大,当电流达到lmA时读取相应的电压。然后再在75%U1mA电压数值下保持一分钟,泄漏电流应不大于50μA,泄漏电流不应有大的波动。也就是说,在电压降低25%时,合格的氧化锌避雷器的泄漏电流大幅度降低,从1000μA降至50μA以下,该试验是为了检查其非线性特性及绝缘性能。
当氧化锌避雷器存在内部受潮或阀片老化等缺陷时,一般通过停电试验可以检查出来。但氧化锌阀片为非线性电阻元件,在电网及环境等因素影响下都会做出反映。有的在停电试验未能发现问题,可在正常运行电压下运行几个月后突然爆炸,导致大面积停电事故,这充分说明对氧化锌避雷器性能判断仅依赖停电下的直流试验是不够的。其主要原因:一是停电试验时受现场因素的影响,未对试验数据的准确性进行合理分析;二是由于停电试验的周期较长,氧化锌避雷器盼陛能变化渐变,变到一定程度后其劣化速度在几个月内加剧。因此,对氧化锌避雷器实行带电测试和在线监测就显得非常重要。
3、 结语
随着新设备、新的测试手段的不断出现,避雷器还应经常进行带电测试电导电流和带电红外测温工作。新设备投运后三个月之内及每年秋检之间均应进行一次普测,每次测量结果均应存档备用。用红外热成像仪测温,可测得其微小的温度差别,即横向比较法兰或瓷套表面温度,温度偏高的,可能存在缺陷。试验表明,避雷器带电测试方法的推广应用,为正确掌握设备的健康状态提供了科学依据,为实施预知性检修创造了条件,因此,应当认真做好这一试验工作。
参考文献:
[1]电力设备预防性试验规程[M].中国电力出版社,1996.
[2]甘肃省电力工业局.电气试验[M].中国电力出版社,1997
Abstract: This paper expounds the current new lightning protection measures in the operation of extra high voltage transmission line in China, and analyzes the effect. Combined with the practical operation of 500kV transmission line in Inner Mongolia region, it shows that the new lightning protection measures, especially the use of line arrester, can effectively reduce the transmission line lightning trip-out accident, but there are some shortcomings need further improvement.
关键词: 输电线路;新型防雷措施;线路避雷器;山区
Key words: transmission line;new lightning protection measures;line arrester;mountain
中图分类号:TM726 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)32-0071-02
1 山区超高压输电线路的新型防雷保护措施
对于内蒙古山区的超高压输电线路来说,由于海拔较高,山体坡度较陡,使得常规措施的防雷效果不显著,尤其是绕击雷害比率的不断上升。近几年,在线路不断运行的经验中,采取了一些新型的防雷措施,具体情况如下。
1.1 合理选择输电线路的绝缘配合 绝缘配合要综合考虑电气设备可能承受的各种电压、保护装置的特性和设备绝缘对各种电压的耐受特性,合理地确定设备必要的绝缘水平。
1.1.1 架空送电线路的绝缘配合设计 解决杆塔和档距中央各种可能放电途径的绝缘选择和相互配合的问题,包括:杆塔上的绝缘配合设计、档距中央导线及避雷线间的绝缘配合设计、档距中央导线对地及各被跨越物的绝缘配合设计、档距中央不同相导线间的绝缘配合设计。
1.1.2 绝缘子串片数的选择 在正常运行电压作用下,绝缘子应有足够的机电破坏强度;足够的电气绝缘强度;绝缘子片数的选择要满足操作过电压的要求。耐张绝缘子串的电气强度应略高于悬垂绝缘子串,同一电压等级的耐张绝缘子串应比悬垂绝缘子串多1~2片。
1.2 雷电定位系统 雷电定位系统是最新、最先进的一种防雷措施,它是一种大面积、全自动、实时监测雷电的计算机在线系统[2]。
尽管现阶段雷电定位系统在应用上还存在着一些问题,但是它的应用还是给我们带来了方便。通过应用雷电定位系统,我们可以利用该系统的雷电数据,更快捷、有效地发现雷电多发区,加强保护措施。现阶段我国很多单位都给出了雷电密度图,它能够很好地展示雷电活动的规律,帮助有关人员科学地分析雷电数据,也有一些科研单位在雷电密度图的基础上开展防雷研究。
1.3 安装线路型避雷器 就算在全线架设避雷线,在导线上出现过电压的情况也是有可能的。要想真正地避免这种现象的出现,应该安装线路型避雷器,因为它能够把雷击所产生的过电压释放到大地,制约了电压的升高,保障了线路和设备的安全。
雷电流强度、线路绝缘子的50%放电电压和塔体的冲击接地电阻是三个影响线路耐雷水平的重要因素。通常来讲,地理位置和大气条件会影响到雷电流强度,但是线路的50%放电电压是一定的。在过去采用降低塔体的接地电阻是提高输电线路耐雷水平的主要方式,但是在山区该方式的可行性很小,导致输电线路屡遭雷击。
加装避雷器后,当线路遭受雷击时,一部分雷电流经避雷线传入相邻杆塔,一部分经塔体入地,当雷电流超过一定值后,避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线,传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时,由于电磁感应作用,将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。由于避雷器的分流远大于从避雷线中分流的雷电流,这种分流的耦合作用将使导线电位升高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络。因此,线路避雷器具有很好的钳电位作用,这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
线路避雷器对接地电阻的要求不高,因为它自身具有钳电位作用,这提高了其在山区线路防雷的可行性,加装避雷器前后线路的耐雷水平与杆塔冲击接地电阻的关系见图1,从图中可以看出加装线路避雷器后的防雷效果是十分明显的。
国内外工程实践表明,线路防雷用的金属氧化物避雷器无论在防止雷直击导线方面,还是在雷击塔顶或避雷线时的反击方面都是非常有效的。并且在500kV输电线路容易遭受雷击的外相安装1支避雷器,可以避免线路因为遭受绕击雷而发生绝缘闪络,同时在较大程度上提高线路耐反击雷的能力。这也就是使用线路避雷器的效果所在。
2 内蒙古山区输电线路的实际运行情况
内蒙古地区整体海拔高度较高,超高压输电线路多架设在旷野、山区等人烟稀少的地方,再加上风沙情况相当严重,所以导致了雷击跳闸事故发生率的居高不下。但近年来,采用了一些新型防雷措施,使得线路的耐雷水平明显提高。
①在山区输电线路的绝缘配合上考虑耐受雷电过电压的需要,酌量增加绝缘子片数。
②在杆塔上加装线路避雷器成为一种有效、方便的防雷措施。线路避雷器在雷电活动强烈,降低杆塔接地电阻困难等特殊线段上安装使用,可有效降低雷击跳闸事故率,提高交流输电线路的耐雷水平。
对于内蒙古地区500kV的输电线路,线路避雷器在山区输电线路已经开始使用,能够有效地降低雷击跳闸事故率。内蒙古地区包旗线为2006年施工建设的500kV线路,在雷害事故严重地段使用线路避雷器之后的跳闸率如表1所示。
但是在线路避雷器的使用过程中,也发现它的保护范围只有1~3基杆塔,不能使邻近杆塔线路绝缘子(串)得到确实有效的保护,没有可外延的雷击保护范围,必须每基杆塔都装设才会有效防止雷击跳闸事故的发生。由于其造价很高,不能每基杆塔都装设避雷器,导致线路长且杆塔数多的线路无法可靠经济运行。
3 小结
常规的防雷保护措施由于其本身的不足,以及实际地理环境的影响,使得架空送电线路仍存在一定的雷击跳闸率和事故率,像内蒙古地区还相当高。但是随着新型防雷保护措施的出现,特别是线路避雷器的使用,能够很好地限制雷击跳闸事故率,使内蒙古山区输电线路的防雷工作迈上了一个新台阶。但是线路避雷器也有一定的缺陷,对于它的防雷效果还需深入研究。
参考文献:
[1]周泽存,沈其工,方瑜,王大忠.高电压技术[M].中国电力出版社,2005.
关键词:高压输电线路;安全;运行
中图分类号: TU714 文献标识码: A
随着经济进步与电力系统飞速发展,社会对高压输电线路运行要求不断提高,其故障直接威胁着地区电力系统的安全运行,引起的经济损失也越来越大,为保证高压输电线路的安全运行,就必须要加强对高压输电线路的运行与维护。
一、高压输电线路的维护特点
(1) 高压输电线路的结构参数如线路杆塔高、 绝缘子串长、片数多、 吨位等参数与其它普通线路不同。
(2) 高压输电线路运行参数高,500kV的输电线路额定电压高,沿线产生很大的电磁场,且沿线经过区域的地形特征复杂多样。
(3)高压输电线路运行可靠性要求高,500kV输电线路由于输送电力的容量大,在电网中的地位很高,运行的可靠性和安全性都是运行过程中的重要参数。
(4)高压输电线路的雷击率高,雷击断电问题一直输电部门的重要工作内容。所以预防雷击是高压交流输电线路维护的主要工作内容。
(5)绝缘子串的防污问题艰巨。
(6)高压线路的杆塔高度,受风速影响很大,一旦输电线路发生风偏放电跳闸现象,重合成功率不高。故高压输电线路的防风偏要求高。
(7) 高压输电线路杆塔的高度,使得空气中的水汽含量相对较高,过冷却水向着线路移动过多,就会导致线路覆冰现象出现。
二、影响高压输电线路安全运行的因素
2.1 雷击
雷电是威胁安全供电的严重自然灾害,雷电引起巨大的热效应、电效应和机械力对输电线路有极大的破坏力。输电线路受雷击引起线路跳闸的有:一是雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧,即为反击过电压闪络。二是雷绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧,即为绕击过电压闪络。35kV线路多采用中性点不接地运行方式,当雷击线路造成单相接地时,系统的接地电流只是电容电流,其数值不大,不会引起线路跳闸。只有雷击线路造成两相或三相接地短路时才会引起线路跳闸,故35kV线路雷击跳闸均属于反击。
线路的反击耐雷水平与雷电参数、杆塔型式、高度、导地线高度、避雷线耦合系数及分流系数、线路所处的地形、绝缘配置和接地装置电阻值有关。山区线路不但有较高的击杆率,而且地形影响导地线实际距离地面的高度。虽然根据规程的耐雷水平公式计算,在接地电阻、杆塔高度、杆塔几何尺寸相同时,山区与平地线路的耐雷水平相等。但实际运行并非如此,山区线路的耐雷水平远低于平地,且随山体高度增加而减小。这是由于如杆塔立于山顶,导地线实际距地面的距离会增加山顶与山谷之间的高度差。这个高差少则十几米,多则上百米。当杆塔型式、尺寸和绝缘子型式、数量一定后,影响线路反击耐雷水平的主要因素则是杆塔接地电阻的阻值。位于高山的线路杆塔往往由于土壤电阻率较高,杆塔接地电阻难于降低。以110kV线路某杆型为例,不同接地电阻下的耐雷水平如下表。
接地电阻值(Ω) 7 15 30 50
耐雷水平(kA) 97.2 58.1 33.1 21.1
对于110kV线路,杆塔所处的地形、接地装置电阻值是造成反击高于绕击的主要原因。因此,运行线路雷击跳闸率过高时要适当缩短杆塔接地电阻的测量周期,及时改造接地电阻不合格的杆塔地网。对于杆塔接地电阻虽然能满足规程或设计要求,但雷击跳闸率过高的线路或重要线路应适当降低杆塔接地电阻。
线路绕击发生的概率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度、地面倾斜角、雷电流的大小、绝缘子串的50%冲击放电电压等因素密切相关。当杆塔型式一定时,线路绕击耐雷水平决定于线路绝缘子串50%冲击放电电压。根据我国有关标准,现有110kV典型绝缘配置的线路的典型绕击耐雷水平为7kA,220kV线路12kA,500kV线路为24kA。山区线路绕击发生的概率要高于平原地区。当杆塔立于山顶时,导线离地实际高度增加,地面屏蔽效果减弱,使线路的绕击率增大。当杆塔立于山坡上,地面倾斜角使山坡外侧避雷线对导线的实际保护角增大,地面倾斜角越大,绕击率越高。据有关文献介绍,当地面倾斜角等于30°时的绕击率是平地绕击率的5.73~8.79倍。对于山区新建线路,尽量减小避雷线对边导线的保护角,220kV及以上线路因采取0°或负角保护。对于运行线路,绕击发生率较高时,应考虑易受绕击的杆塔安装线路避雷器或加装防绕击侧针。
对于110kV线路来说,防绕击和反击同样重要,对于220kV及以上线路重点是防绕击。但在少数雷电活动较强的地区,也要重视防反击。
2.2 动植物破坏
输电线路无论是运行在室内或户外,均会受到鸟兽的威胁,架空线路及杆塔上常有飞鸟停留、栖息,啮齿类动物的啃噬对于室内及地下电缆的危害极大,粤东北山区植物一般多很长,有可能导致与输电线路的距离过近,安全距离不足,植物与大地相连,通过植物导致的放电、接地现象时有发生。
2.3 外力破坏
外力破坏通常指的是用户端由于各种故障导致的故障。由于用户的设备原因会导致低压相间短路的问题,还包括变压器被烧坏、电杆被撞断,甚至是高车将线路挂断等都会出现高压输电线路故障。通常情况下,这种由于外力导致的故障,容易掌握故障的发生地点,故障查询工作不繁琐。与此同时,还有一种外力的破坏就是盗窃高压输电线路数设备,甚至有的地区出现过团伙盗窃。在农作物收割季节,出现收割机挂到输电线路上,或者稻草燃烧等引起的高压输电线路故障也是发生过的。
三、高压输电线路的运行维护措施
3.1 110kV高压输电线路防雷
110kV输电线路作为区域电能的输送转换中心,一旦发生雷电事故,将对居民的生命安全造成严重的威胁,下面简单分析其相关的防雷措施:
(1)安装线路避雷器和设置防绕击水平横针
在雷电较多的地区,使用适当的线路避雷器能够有效防止雷害事故的发生,原因是:避雷器对绝缘子两端的电位差有限制作用,所以能防止反击事故的发生。经验证,在雷电发生频率较高的线路安装若干组线路避雷器,能够有效避免雷击跳闸事故的发生。如果担心雷电波会沿着线路侵入变电所或发电厂,可再安装一组线路避雷器在线路的终端。此外,线路避雷器的安装对接地有严格的要求,因为线路避雷器也是由接地装置将雷电流泄入大地,故对杆塔的接地电阻及接地引下线的要求都非常严格,且应尽可能选用不需维护的线路避雷器。
防绕击水平横针设计的前提是“迎面先导”的原理,而其长度较短的是地线横担短针,不会吸引雷击区域之外的雷击电流。一是促使降低保护角度,二是由于针尖附近的电离场有着较低的强度,因此促使横针可以最快速度组成迎面先导进而改变为下行先导,促使雷击对杆塔顶产生直接影响,使在直击相导线以而引起的雷击意外事件发生次数减少。此时,110kV输电线路将会提升到40~75kA的防雷击水平,比普通的耐雷击水平(4~7kA)高出很多,进而使输电线路的运行安全得到有效的保障。
(2)架设耦合地线及塔顶防雷拉线
架设耦合地线。耦合地线的主要作用:一是增大避雷线与导线之间的耦合系数,从而养活绝缘子串两端电压的反击和感应电压的分量;二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。对于110kV输电线路,不仅减少反击跳闸次数,也减少了一相导线绕击后再对另一相造成反击跳闸的机率。为了提高线路的防雷性能,减少线路雷击跳闸率,可采用在导线下面(或其附近)架设耦合线(即架空地线)的办法。虽不能减少绕击率,但能在雷击杆塔时起分流作用和耦合作用,降低杆塔绝缘上所承受的电压,提高线路的耐雷水平。对于经常受雷击的杆段,对避雷线起分流作用和耦合作用(如表1所示),间接降低接地电阻;在重雷区的易击点,可架设塔顶防雷拉线,当雷电流直击导线时,首先会触及防雷拉线,可以起到屏蔽作用和有一定的分流作用。
表1耦合系数的电晕校正系数
电压等级(kV) 20~35 66~110 154~330 50
双避雷线 1.1 1.2 1.25 1.28
单避雷线 1.15 1.25 1.3 ~
(3)降低杆塔接地电阻
雷击杆塔时的塔顶电位与杆塔接地电阻密切相关, 降低杆塔接地电阻是防止反击的有效措施。接地电阻超标的杆塔往往是在山区地质和地势复杂的地段,降阻十分困难。应根据具体情况特殊设计。充分利用杆塔所在处的地形。采用切实可行的降阻措施在实际工程中。存在一些不当的降阻措施,如对杆塔进行降阻时。不管地质结构如何, 都采用打深井的方法进行降阻处理。因为杆塔接地的主要作用是防雷。而雷电流属于高频电流。有很强的趋肤性,在地中的流动也只是沿地表散流。深层土壤并不起作用。因此送电线路杆塔接地应以水平射线结合降阻剂降阻的方法进行降阻改造。而不能单纯依靠打深井的办法进行降阻。根据经验。充分利用现场地势,沿等高线做水平射线,或在岩性地带利用岩性裂缝铺设水平接地体并施加膨润土类降阻剂,可有效地降低杆塔接地电阻。
(4)选择消弧线圈连接中央式
在一些雷电活动较严重且接地电阻不易降低的地区,可将经消弧线圈接中央式应用于110kV及电压数更低的,还可采用系统中性点不接地的方法,消弧线圈便能对大量的雷击单相闪络接地缺点进行消弧,便不会产生继续共频电流。即使雷击引起二相或三相闪络缺点,一相闪络也不会出现跳闸,而是充当了避雷线,使分流增加,并对未闪络相其耦协作用,降低了未闪络相绝缘的电压,使线路的耐雷水平得到了较大程度的提高。当前,我国的消弧线圈接中央式,能够有效降低雷击跳闸事故的发生率,运转效果非常好。
3.2 全面预防因自然因素和外力破坏引起运行故障
这里所说的自然因素包括雷击、冰冻以及鸟害。鉴于自然因素是引发电路故障的主要原因,所以在处理这类运行故障时,首先要做的工作就是加强输电线路导线的绝缘性,具体措施为安装支柱式绝缘子,并在一定程度上提高绝缘子的防雷击能力;其次,在一些地域较为宽阔的场地安装避雷装置,以保护高压输电线路不受雷电干扰;再次,做好高压输电线路运行质量的检查工作,加强线路故障的防范力度,避免高压输电线路运行故障发生;第四,在寒冷的冬季,为了避免高压输电线路导线因受冻而出现断裂现象,应该定期组织工作人员对输电线路的绝缘拉杆进行敲打;最后,做好高压输电线路的试运行试验,安装一定的防鸟装置,降低鸟害事故发生率,切实保证城市,乃至国家电网的正常运行。
外力破坏引起电力线路的故障越来越多,一方面,依法保护电力设施的安全,严惩蓄意破坏分子;另一方面,增强宣传力度,向沿线居民宣传《电力法》和《电力设施保护条例》,使农民自觉维护电力线路器材。对于在线路附近有施工基建时,运行人员应及时予以制止吊车等大型施工机械在保护内违章施工作业,向施工人员和户主宣传电力法规和有关电力安全知识,并提出安全要求,告知通过线路下边的允许高度,一般不低于5米(具体数字对照相关规范执行);对于杆塔和拉线基础距行车道路较近时,就在附近埋设可靠地防护桩;春季加强巡视,制止在线路两侧300米之内放风筝;燃烧农作物秸秆季节应提前对沿线种植户进行摸排,向沿线居民进行线下禁止焚烧的安全教育,张贴散发宣传单,告知其危害性;对于线路跨越有鱼塘的地方,立警示牌,告之电力线路下,禁止钓鱼;对于在偷盗严重区域杆塔9米以下螺栓及拉线UT线夹采取有效的防盗措施,防止他人盗取杆塔构件而造成事故。
3.3 加强高压输电线路的日常巡视、检修
加大巡视力度,及时发现和处理线路故障是高压输电线路维护工作的第一步。对于输电线路的运行维护来说,加强巡视,做好防范于未然,在事故还未成形之前就将故障隐患消除是最佳的方式。
(1)定期巡视。在规定时间内,每间隔一段时间就安排相关巡视人员对高压输电线路进行巡视、检查,以期能对高压输电线路的运行状况有一个全面、准确的了解。在巡视过程中,对所发现的潜在质量问题要采取相应措施及时进行处理,对线路缺陷进行消除,全面确保高压输电线路运行的安全性和可靠性。
(2)夜间巡查。夜间巡查是指在夜间( 一般为20:00 ~ 23:00之间的供电高峰负荷期),尤其是10月、11月阴雨天的夜间,为了保证供电安全,而对导线连接器或者绝缘子的污秽放电情况进行的巡查。
(3)特殊巡查。特殊巡查一般指的是在线路过负荷运行、所处地气候发生剧烈变化(如洪涝、地震、泥石流、冰雹等)以及其它的一些特殊情况时,对某些部件、某段线路或者全线进行检查,以便及时的发现部件变形损坏或者线路异常等情况的巡查。
(4)故障巡查。故障巡查主要是为了了解和掌握故障发生的原因、情况而进行的线路巡查。在巡查过程中,巡查人员一般要制作巡视笔录,以杜绝漏查等现象的发生。同时,还要加强领导的监督力度,重点检查巡查笔录的填写情况及时、有效的对巡查过程进行管理和控制,避免出现巡查事故。
3.4 输电线路的运行监测
输电线路的运行监测,既包括输电线路实际运行状态的监测,也包含天气、温湿度、风速、降雨等运行条件的监测。当前的运行监测是多种多样的,但人为监测在我国仍然处于重要地位,这一方面是由于我国经济发展水平和技术条件的限制,另一方面也是由输电线路自身的状况决定的。大量的长距离输电线路运行条件恶劣,及时安装了自动化的检测设备,其运行稳定性和持续性也难以保障,在发生极端天气的状况下,线路的安全性都无法完全保障,精密监控设备就更加难以承受。但应当看到,自动化远程在线监控仍然是发展的方向和趋势。
输电线路的在线监测系统包括:绝缘子污秽在线监测、线路覆冰在线监测、气象参数监测、导线舞动在线监测、远程遥视系统、导线温度在线监测、防盗监测系统、电缆光纤测温系统等。输电运行部门在线监测装置安装前应根据装置特点对安装工艺、安全问题及其他注意事项提出明确要求保证线路安全运行。输电运行部门应将在线监测装置的检查列入日常巡视维护工作,发现问题,巡视人员应及时上报。对在线监测装置获取的数据应及时、准确、全面的统计、分析及资料存档。
四、结语
综上所述,输电线路在运行中受天气、环境、外力及绝缘老化等因素影响,因此我们要有针对性地采取措施。这些措施的有效执行,则需要在管理和监督上加强工作。输电线路运行和维护的工作辛苦而又重要,只有更好的执行状态监测和状态检修工作,才能使这项工作更好的执行,保障输电线路的安全。
参考文献
[1]蔡敏.特高压输电线路运行维护技术的研究现状分析[J].湖北电力,2011(06).
【关键词】 氧化锌避雷器 发热 检测 维护措施
金属氧化物避雷器moa是目前变电站限制雷电侵入波过电压的主要设备,常用的无间隙氧化锌避雷器其阀片具有着高涌流能力和很好的非线性特征,有效保护电气设备避免因过电压而造成绝缘击穿。如果避雷器存在发热等缺陷将失去保护作用,造成设备损坏甚至变电站停电等事故,因此运行中必须对避雷器工作状态和性能进行检测。在利用红外线精确测温技术对某变电站110kv ii母线避雷器进行测试时,发现b相避雷器呈现出发热趋势,对此本文进行了深入分析。
1 避雷器热缺陷基本情况
110kv ii母线所采用的避雷器为yh10wz-100/200型无间隙氧化锌避雷器,内部由氧化锌阀片串联叠装而成直接承受电网运行电压,正常情况下氧化锌阀片具有较高的涌流能力和非线性特征,绝缘外套由硅橡胶和高强度环氧玻璃纤维套管制成。该避雷器户外配置,常年经受雨雪、污秽及温度变化的影响,运行环境较为恶劣,试验人员8月27日在红外精确测温时发现b相避雷器中上部存在发热,最高温度达34.9℃,下部温度29.6℃,单节温差较大,并对3相避雷器进行了带电测试:a相全电流0.607ma、阻性电流峰值0.094ma,b相全电流0.709ma、阻性电流峰值0.111ma,c相全电流0.613ma、阻性电流峰值0.097ma。
停电后将故障避雷器拆除并剥离复合外套,对整体氧化锌阀片进行了直流试验,剥除复合外套后0.75倍u1ma的泄漏电流值由原来的204ua下降到150ua,但是仍超出50ua的状态检修试验规程标准。
2 发热缺陷原因分析
2.1 解体查看
将氧化锌阀片外的环氧树脂外包壳分节切割和拆除,并注意了内部结构的保护。解体后发现氧化锌阀片外绝缘层皮存在鼓胀现象,可见抽真空时可能存在密封不严。剥开外绝缘皮,发现氧化锌阀片从上至下的四分之三区域存在白色粉末物体,并且只是分布在一侧,并没有散布在整体外表面,由红外图谱与氧化锌阀片可见光照片对比可以看出,发热阀片范围和白色粉状物分布范围存在一致的对应关系,均是自高压端至下的三分之二,并且红外图谱显示避雷器在某一侧温度是最高的36.4℃,其他侧面温度相对较低2~3℃。
2.2 发热原因分析
造成金属氧化物避雷器泄漏电流和阻性电流异常通常有以下几个方面原因。
(1)避雷器内部受潮。密封不良如运输过程中橡胶绝缘外套受损出现了一些细微的裂纹、密封胶圈永久性压缩变形等使潮气侵入阀片;由于环境温度冷热交替,避雷器内空气膨胀收缩的呼吸作用,使可能存在的微小漏孔逐步扩大,形成潮气进入通道。当氧化锌阀片受潮,运行中会造成泄漏电流增大,严重时可能出现沿阀片柱表面和绝缘套内壁表面的放电,甚至引起爆炸。
(2)阀片本身老化引起故障。由于氧化锌阀片直接接入电网电压,长期在工频或谐振过电压作用下避雷器绝缘性能会不断劣化,当泄漏电流流过阀片时其中有功分量将使阀片本身发热,造成其伏安特性变化,长期发热导致温升的后果是加速老化,陷入恶循环,直至发生热击穿。
(3)环境污秽影响引起的避雷器损坏。当环境污秽及在高温环境下,极易造成避雷器电场分布不均,在避雷器上部靠近法兰处电流很大更易引起老化。根据以往运检记录可知,避雷器故障大多发生在夏季高温污秽地区。而且,当避雷器绝缘外套存在污秽在雨雪作用时,避雷器内外电位不同,使得阀片与绝缘外套间产生一个径向电位差,可能造成局部放电。
(4)避雷器发生热击穿。当避雷器发热功率比散热功率大时,热量的积蓄可使阀片温度升高甚至使绝缘外套热击穿。发热功率由通过阀片电流的有功分量决定,因此监测总电流中有功部分可以知道发热功率的变化;而散热功率取决于环境温度、周围介质和避雷器结构尺寸等因素。
该避雷器解剖后中上部氧化锌阀片表面存在的白色粉末状物质应是阀片进水受潮后发热产生的遗留物,受潮造成避雷器绝缘水平下降,使泄漏电流增大;当内部不能保持足够干燥时加速阀片老化,在中上部每节阀片的压接处,发现有金属锈蚀痕迹,而底部阀片节间仍保持光亮,说明避雷器中上部阀片发生
一定程度氧化。
3 处理和维护措施
针对金属氧化物避雷器存在的发热缺陷原因,结合国内外近年来运行经验,做好防范措施:
(1)在选择避雷器时,其氧化锌阀片的设计、选材及装配过程的密封、检漏非常重要,特别是高阻层的致密性、耐潮性和绝缘性能关乎着运行过程中性能的稳定,把好导致避雷器热缺陷的第一关。
(2)日常运行中要加强定期巡视和红外线精确测温,特别是雷雨季节前后和易发生故障位置,及早发现可能存在的避雷器热点,根据输变电设备状态检修试验规程做好相关测试工作,认真分析直流电流1ma时的参考电压值u1ma、75%u1ma时的泄漏电流等指标的变化情况,如果条件允许最好进行交流电流1ma时的参考电压等项目诊断性检测。
(3)要做好避雷器的防污措施,如定期进行清扫或涂抹防污闪rtv,避免因绝缘外套污秽而造成散热不良和电场分布不均匀。
(4)完善检测记录,对运行中的全部避雷器分别建立技术档案,将交接试验、定期测试报告、红外精确测温图谱以及在线监测仪的运行记录都要入档,并与历史数据进行比较做好分析工作,加强全寿命周期管理。
4 结语
氧化锌避雷器发热缺陷对设备和电网安全运行有着较大的影响,根据多年运行记录和国内外相关资料,氧化锌避雷器故障原因通常有受潮、阀片老化、污闪、雷电和谐振过电压等,但还有部分情况原因不明,需要在今后的实际运行中加强检测分析、不断总结,降低避雷器发热的故障率,一方面要严格执行技术标准做好测试工作,还要在运行中积极引入各种先进检测手段,避免避雷器热缺陷造成变电站停电甚至事故扩大的情况发生。
参考文献:
[1]gb 11032-2010,交流无间隙金属氧化物避雷器[s].