避雷器在线检测方案

避雷器在线带电检测方案

1、 序言

避雷器的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器、 磁吹避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、 线路和变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在500KV 及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或 作内过电压的后备保护。目前，氧化锌避雷器由于其氧化锌阀片理想的伏安特性（非线 性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高 电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，因此被广泛采 用。当前避雷器现场试验的国际标准 IEC-60099 所规定的范围为阀型避雷器和氧化锌避 雷器，本检测方案的适用范围也基于此。根据近几十年避雷器研究工作者的文献资料, 故 障避雷器很大比例的故障原因是水分的侵入，阀片受潮后性能变差导致避雷器故障甚至 爆炸，其故障过程伴随着温度和阻性电流的异常提升；另外，也有部分资料及案例显示， 导致避雷器故障的另一主因是避雷器内部的局部放电，阀片劣化及装配问题会造成内部 电场不均匀进而导致局部放电，避雷器内金属零件装配面间的间隙也将直接导致局部放 电，长期局部放电将引起避雷器内部闪络。据此，除按标准 IEC-60099 方法 B2 所规定 的三次谐波分析法进行检测外，综合采用红外测温法作为大规模检测时的粗测手段，将 声电联合局部放电法作为避雷器检测的补充手段，可以提高对故障避雷器的检出率。

2、 检测原理及方法介绍

综合采用的 3 种检测方法，其检测原理和方法介绍如下：

1. 泄漏电流三次谐波分析法

原理：根据标准 I EC60099-5 及方法 B2 和相关文献资料，目前在线测量避雷器阻性 泄漏电流的方法有基波法、三次谐波法以及补偿法。基波法直接确定避雷器中的阻 性泄漏电流成分是最理想的方法，它可以与普通工作条件下的阻性电流值直接作比 较来判断避雷器是否存在潜在故障。电流的阻性成分可以通过加在避雷器的电压达 到峰值的一瞬间记录泄漏电流来得到，然而，此方法通常很难应用到实际中，因此 采用间接手段对避雷器中的阻性泄漏电流成分进行分析来达到目标。目前影响补偿 精度的相间干扰问题已经基本解决，检测误差较小，但是需要从 P T 上引入电压参 考信号，测量结果易受到 P T 角差的影响。三次谐波法无需电压参考信号，测量方法简单，但是避雷器所在电网的三次谐波较大的话，测量结果会受到干扰。目前出 现了三次谐波补偿法，增加了电场探头，以补偿电网三次谐波对测量结果的影响， 是当前最可靠的避雷器在线检测方法，但检测过程较复杂，适合于电网中重要避雷

器的检测。本检测方案主要采用三次谐波法进行检测，三次谐波补偿法作为三次谐 波法的升级方案。

方法：在计算氧化锌避雷器的阻性电流中，首先在避雷器接地线侧安装电流互感器（CT）测量泄漏电流，再对泄漏电流时域波形进行傅立叶变换，对基波和三次谐波 分量进行分析，按照国标规定的电网中谐波电压的最大幅值百分比进行计算，得到 三次谐波阻性电流可达到的最大值并于测量值进行比较，以此判断避雷器内是否存在故障。

2. 红外测温法

原理：避雷器内阀片受潮或局部放电会使通过避雷器的电流增大，引起温度的异常 变化，相比正常的避雷器表面温度较高。

方法：通过红外测温仪感应出避雷器表面的温度变化，通过对避雷器的纵向和横向的温差或温升比较进行避雷器运行质量的判断，现场的信号采集作业过程简单。现 场实践表明，避雷器劣化引起的温度场变化是比较细微的，需对避雷器热像图进行 分析，并进行纵向和横向的对比。结合统计分析方法，设定温度异常的阀值，可迅 速提取出可能发生故障的避雷器，或进行进一步的详细检测，因此红外测温法可作 为大规模检测时的粗测手段。

3. 局部放电检测及超声波局部放电检测法（声电联合法）

原理：避雷器内部发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使 其蒸发，此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发 射的声波频谱很宽，可达到数百 KHz。为有效监测声信号并将其转化为电信号，应 用了局部放电在线监测常用的陶瓷式压敏式声发射传感器。但是，由于声波在传播 途径中衰减、畸变严重，受干扰较大，声测法基本不能反映放电量的大小，因此结 合电测法作为避雷器内局部放电的辅助方法。

方法：采用绝缘杆将声发射传感器（AE）安装与避雷器表面，高频电流互感器（HFCT）安装在避雷器接地线处，采集避雷器内可能存在的振动波信号及接地电 流信号，以判断避雷器内是否存在局部放电。

3、 检测流程

1. 采用红外测温仪对避雷器表面进行检测，通过统计方法，设定温度的异常阀值， 提取出可能存在故障的避雷器，将提取出的避雷器的温度异常程度分为严重和中等 两类，中等类的采用泄漏电流三次谐波分析法进行检测，严重类的采用声电联合局 部放电法

和三次谐波分析法进行检测。

2. 采用声电联合局部放电法对避雷器进行检测，声发射传感器（AE）通过绝缘杆安 装在避雷器外壳上，高频电流传感器(HFCT)安装在避雷器的接地线上，对检测信号

进行分析，判断是否存在因装配问题导致的金属间局部放电、因金属氧化物劣化而

导致的局部

放电等故

障。

3. 采用泄漏电流三次谐波分析法对方法 2 中高频电流传感器（HFCT）检测得到的 信号进行傅立叶变换，对基波及三次谐波分量进行分析计算，观察阻性电流是否存 在异常增大情况，以此判断避雷器内是否存在受潮等故障。

4. 泄漏电流三次谐波补偿分析法基于方法 3，增加了电场探头，从PT 上引入电压 参考信号。由于方法 3 测得的三次谐波信号包含了避雷器产生的谐波和电网产生的

谐波，加入电压参考，可以消除电网产生的谐波信号，使数据

分析更加可靠。