氧化锌避雷器带电测试原理、方法和试验标准

氧化锌避雷器带电测试原理、方法和试验标准
（傅祺，成都铁路局供电处工程师 37883
张丕富，成都铁路局多元工程师）
摘要避雷器是保证牵引供电系统安全运行的重要设备之一，接触网线路上使用的避雷器均需在雷雨季节来临前进行一次预防性试验以证明避雷器的电气性能良好，可以正常运行，能保证供电系统安全运行。

由于电气化铁路运行的特殊性，常规避雷器预防性试验受天窗时间和现场条件限制，很难开展，氧化锌避雷器带电测试的研制使用为解决这一难题提供了新的途径。

关键词：接触网；避雷器；预防性试验；
1引言
避雷器是保证电力系统安全运行的重要设备之一，主要用于限制由线路传来的雷电过电压或操作引起的内部过电压。

为保证金属氧化物避雷器的安全运行，必须定期测试避雷器的电气性能。

接触网线路的雷电过电压保护基本上采用避雷器来完成，检测避雷器的主要手段仍然是周期性停电预试项目，这样既耗费了人力、物力，还常因停电原因不能完成避雷器预试项目。

据统计，各线每年均有避雷器因自身原因发生击穿而造成停电的事故发生。

可见，避雷器运行状态是否良好、能否得到较好的监控，与铁路供电质量的稳定可靠有密切关系。

这就需要我们尽快找到一种能解决该问题的方案。

2现状
按照《电力设备预防性试验规程》要求：变电所和接触网线路上使用的避雷器均需在雷雨季节来临前进行一次预防性试验以证明避雷器的电气性能良好，可以正常运行，能保证供电系统安全运行。

由于电气化铁路运行的特殊性，避雷器预防性试验目前存在很多问题：目前牵引供电系统氧化锌避雷器预防性试验的方法是直流耐压试验：即测试直流1mA 电压（U1mA）及0.75（U1mA）下的泄漏电流。

这种测试方法需要停电进行，测试结果受空气湿度和气温的影响较大。

每台避雷器测试时间需要40分钟左右的天窗时间。

受馈线天窗影响，如天窗时间短、天窗时间多数为夜间、繁忙区段天窗时间无法保证等因素（特别是高铁区段，馈线天窗几乎不可能安排在天气晴朗的白天），造成变电所馈线避雷器及接触网线路避雷器每年的预防性试验无法正常进行，给供电设备运行带来了很大的安全隐患，近年来多次发生接触网避雷器炸裂导致供电中断的事故。

为解决以上问题，我们需要采取一种新的不需要停电，在运行情况下就可以进行避雷器检测的方法，确认避雷器状态是否良好。

3.测试原理
运行状态的氧化锌避雷器，在运行电压下的总泄漏电流包括阻性电流和容性电流。

在正常情况下流过金属氧化物避雷器的主要为容性电流，阻性电流只占很小的一部分，约为
10%-20%。

研究表明氧化锌避雷器的内部受潮、内部原件绝缘不良、阀片严重老化及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。

因此监测运行情况下的泄漏电流尤其是阻性电流可以有效地反映氧化锌避雷器的绝缘状态。

当避雷器污秽严重或受潮，结果为阻性电流的基波成分增长较大，谐波的含量增长不明显。

当避雷器氧化锌阀片老化时，结果为阻性电流谐波的含量增长较大，基波成分增长不明显。

当避雷器发生均匀劣化时，底部容性电流不发生变化；发生不均匀劣化时，底部容性电流增加。

避雷器有一半发生劣化时，底部容性电流增加最多。

根据以上原理，测试运行电压下氧化锌避雷器的泄露全电流、阻性电流、功率损耗、谐波电流就可以判断氧化锌避雷器自身的变化情况，并且受天窗时间和天气状况的影响较小。

4.测试方法
氧化锌避雷器带电测试仪需测量电压、电流信号，通过软件分别计算容性分量、阻性分量（基波、谐波）。

电流采样是将仪器的电流回路传入避雷器接地引线取得电流信号；电压取样从系统电压互感器的计量端子取得电压信号。

而对于接触网线路上的避雷器，没有电压互感器，如何采到电压基准信号是需要解决的课题。

接触网线路避雷器距离牵引变最远可达20km以上，而避雷器泄漏电流对应的电压参考信号需要在牵引变电站相应的电压互感器二次端子获取，通过有线连接的方式是难以实现的。

利用GPS同步技术，根据GPS信号生成的同步采样触发脉冲，在牵引变电站测量电压信号，在接触网线路避雷器上测量泄流电流信号，所测得的数据根据GPS时钟标签排序，分别保存在电流采样装置和电压采样装置中。

电压采样装置放置在牵引变电站，连续采样；当与所取电压互感器电压信号相对应的一段接触网线路上所有的避雷器的泄漏电流测量都完成后，将电流采样装置与电压采样装置放置在一起，用无线通讯连接两个装置进行数据通讯，根据GPS时钟标签，组合所测量数据进行计算分析从而，得到每一个氧化锌避雷器的详细测量数据。

框架如图1。

图1 系统框架示意图
电流取样示意如图2。

对于避雷计数器架设较高，安全距离不够或根本没有装设计数器的避雷器，避雷器接地排和杆塔接地极之间是采用螺栓连接的，也可以直接将测试装置串接入避雷器接地排和接地极之间。

4判断标准
《电力预防性试验规程》的规定，每年雷雨季节前应测量氧化锌避雷器运行电压下的全电流，阻性电流和功率损耗，测量值与初始值有明显变化时应加强监测，当阻性电流增加一倍时，应停电检查。

这条规定还是比较笼统的，通过现场测试和应用，对这条规定做以下补充：
1）正常避雷器的相位角在80度以上，当功率因数角小于80度时应停电检查。

2）阻性电流基波含量正常情况应大于各次谐波电流，如果谐波电流增大，超过基波电流或谐波电流含量增加1倍，基波电流增加不明显时，是避雷器氧化锌阀片老化，应停电检查。

3）阻性基波电流与初始值相比有明显变化，而谐波电流变化不明显时，可能是避雷器污秽严重或受潮，基波电流增加一倍时，应停电检查。

4）全电流明显增大，而阻性电流没有变化的情况可能是绝缘脏污造成，应将绝缘擦拭干净进行试验，如果全电流仍然增大，说明是外部绝缘老化或破损造成，5）同一个厂家相同型号同批次的避雷器测试参数相差不大，因此不仅可以与历史数据比较来判断避雷器运行状况，还可以横向比较同批次的避雷器测试参数来判断避雷器的运行状况。

6）从上面的测试原理可以看出，仅仅以观察总电流的变化情况来确定氧化锌避雷器阻性电流的变化情况是困难的，只有将阻性泄漏电流从总电流中分离出来，分析阻性电流中的谐波含量，才能清楚地了解它的变化情况。

5现场测试数据分析
用以上方法，利用GPS同步技术对传统氧化锌避雷器带电测试仪的电压测试装置进行改进，对北编开闭所几只相同型号，相同厂家（河南金冠王码信息产业股份有限公司），同一
批次的避雷器进行测试，比较典型的测试数据如下
从以上实验数据可以看出，1F虽全电流偏大，阻性电流基波含量超出2F、3F一倍左右，但相位角，阻性电流，谐波电流较小，说明1F表面污秽或外绝缘受潮，应加强运行监控，缩短监测周期。

2F、3F全电流值，相位角正常，但阻性峰值电流与同批次，同型号的1F相差3倍以上，而且阻性电流各次谐波含量超过远远基波，说明2F、3F氧化锌阀片老化，需要立即停电进行耐压测试。

6结束语
利用GPS同步技术对传统氧化锌避雷器带电测试仪进行改进后，不但可以不停电测试所内氧化锌避雷器的运行状况，还可以对外线避雷器进行测试，即解决了减少供电停时的问题，同时也解决了外线避雷器带电测试参考电压的问题，是一种安全、有效、值得推广的氧化锌避雷器测试方法。