浅析FS型避雷器的在线监测

　　阀型避雷器由火花间隙和非线性电阻(简称阀片)串联组成。火花间隙决定了避雷器的放电电压，而放电电压与时间的关系特性称为伏秒特性;串联的阀片决定了避雷器的残压和续流，通过阀片的电流与其压降的关系称为伏安特性。伏秒特性和伏安特性是阀型避雷器的两个基本特性。串联阀片的电阻值和通过的电流大小有关，在大电流下电阻值小，在小电流下电阻值大，即阀片的压降随着通过的电流大小只有很小的变化。只有具有这样伏安特性的阀片才能保证不仅在雷电流流过时维持不高的残压，而且又可以限制在工频电压下的续流值，使火花间隙能容易地切断续流。阀型避雷器的绝缘预防性试验项目包括：⑴测量绝缘电阻：检查由于密封破坏而使其内部受潮或瓷套裂纹等缺陷;⑵测量电导(泄漏)电流及检查串联组合元件的非线性系数差值;⑶测量FS型避雷器的工频放电电压：主要目的是检查火花间隙的结构及特性是否正常，检验它在内过电压下是否有动作的可能性，是一个重要试验项目。

　　FS型阀型避雷器广泛使用于10kV及以下高压配电系统中，该型避雷器与FZ型避雷器结构上主要不同之处在于放电间隙上未并联非线性电阻。由于安装数量多且地点分散，每年进行预防性试验时，如采取停电将避雷器拆回，试验合格后再安装使用的方式，这样既麻烦又费工时，而且存在试验室试验虽合格，但诊断的有效性不一定保障运行周期内的安全无故障发生且运输途中易于损坏的缺点。绝大多数故障在事故前都有先兆，而连续或选时的在线监测就可以大大提高试验的真实性、及时性和灵敏度，故把停电检测与在线监测结合起来，能完善和提高预防性试验的能力和水平，为电力设备安全运行提供保障。现以FS-10型避雷器为例，对FS型阀型避雷器的在线测试作一些分析讨论。

　　(一)绝缘电阻的在线监测

　　在线监测FS-10型避雷器绝缘电阻的接线如图1所示。测试前断开避雷器下端的接地连线(或在安装时就考虑能方便地进行在线监测)。由于变电所母线电压互感器高压绕组中性点是直接接地的，因而在测试时，兆欧表线路端L→避雷器→高压线路→母线电压互感器→大地→兆欧表接地端E构成了回路。回路中，线路和电压互感器的直流电阻与避雷器的绝缘电阻相比较是极小的，可以忽略不计，因此兆欧表能够测得避雷器的绝缘电阻。

　　测试时可使用2.5～5kV兆欧表。其E端应可靠接地，然后摇动兆欧表使指针指到到“∞”，再将连接兆欧表L端的引线(应注意悬空)用操作杆接到被试避雷器的底部，待指针指示稳定后，读取并记录兆欧表所指示的数值。在线监测FS-10型避雷器绝缘电阻的等值电路如图2所示。因线路电阻RL及互感器电阻RT相对较小，可忽略不计，所以兆欧表读数实际就可以认为是避雷器内部绝缘电阻Rn与外表面下部绝缘电阻RB2的并联值，即等值电阻为

　　Rdz = RnRB2 / (Rn+RB2)

　　因此，所测绝缘电阻值受外表面(下部)状况的影响较大，若表面脏污，潮湿或在雾雨天气等，将可能造成误判断。

　　绝缘电阻的判断标准与停电测试时的标准应相同，即在2000 MΩ以上为合格。

　　当避雷器在绝缘严重不良的情况下试验时，可能对人身造成危害，为此，操作兆欧表的人员应按安全规程进行操作。

　　(二)泄漏电流的在线监测

　　在线监测泄漏电流的接线如图3所示。其等值电路如图4所示。测试时使用运行线路对地的交流电压，在正常情况下，对于10kV系统约为6kV，对于35kV系统约为20.2kV。

　　由等值电路可知，在交流电压作用下过避雷器的电流可分为两部分：避雷器内部电流InR及InC，避雷器外表面电流IBW。电流IBW由于安装抱箍接地(对金属横担而言)而被屏蔽了，因此流过微安表的电流只有InR及InC。

　　同一型式避雷器内部放电间隙的几何电容是固定不变的，其数值甚微。在运行电压作用下，其电流实际上都不超过2μA，所以微安表所测得的电流为

　　In =( InR2+InC2 )1/2

　　这样将能灵敏地反映出避雷器内部绝缘的受潮程度。考虑到绝缘电阻的合格值为2000MΩ以及间隙几何电容对测量泄漏电流的影响，在线监测10 kV级避雷器时的泄漏电流的判断标准，应为不大于5 μA。3.6 kV级避雷器也参照这一标准执行。

　　为了准确地测量泄漏电流值，由避雷器底部到微安表间的引线必须使用绝缘屏蔽线，其金属外皮必须接地，否则，由于杂散电容电流IZ的影响，可能使测量结果产生较大的误差，致使判断错误。

　　(三)工频放电电压的在线监测

　　测试接线的原理如图5所示。此时，试验电源经避雷器→高压线路→母线电压互感器→互感器高压绕组中性点直接接地而构成回路。用这种方法试验时，试验电源必须与被试避雷器同相(如试A相避雷器时，用A相电源，依此类推)。在试验电源正、反相位时，分别记录所测得的放电电压Un'和Un""值。这时由于试验电压相量与运行电压相量的相位相同或相反，因此避雷器两端电压(最后的放电电压)是试验电压与运行电压(线路对地电压)的相减或相加，即

　　UF=UF'-UD

　　或UF""=UF+UD

　　式中 UF—避雷器的工频放电电压(kV);

　　UD—运行线路对地电压(kV)

　　UF'—试验电源正相位时，记录到的避雷器放电瞬间试验变压器电压指示值(kV);

　　UF""—试验电源反相位时，记录到的电压指示值。

　　由此可见，可求得避雷器的工频放电电压值，即

　　UF=(UF'+UF"")/2

　　试验接线中，保护电阻R的作用是在避雷器放电时，保护其内部放电间隙及试验变压器，同时尽量降低试验电压对运行线路的冲击，一般可取R ≈ 2 kΩ。

　　现场一组FS-10避雷器的停电与在线监测结果如表1～3所示。

　　从表1～3可以看出，停电条件下的试验结果与在线测试结果是一致的。因此10kV及以下的高压配电系统中大量使用的FS型避雷器，可以用在线测试代替停电试验。如果在安装FS型避雷器时，将其接地线部分通过一个电流容量足够的断开装置接地(正常运行时接地，而试验时可以断开)，试验电源则可从避雷器附近的变压器低压侧分别抽取，这样可以十分方便地进行在线测试。

　　表1 绝 缘 电 阻 (MΩ)

　　表2 泄 漏 电 流 (μA)

　　表3 工频放电电压 (kV)

　　参考文献

　　[1] 《电力设备预防性试验规程》(DL/T596 — 1996).

　　[2] 陈化钢 《电力设备预防性试验技术问答》.中国水利水电出版社.1995.

　　[3] 周泽存 《高电压技术》.水利电力出版社.1998.