無間隙金屬氧化物避雷器受載時泄漏電流變化規(guī)律研究

無間隙金屬氧化物避雷器受載時泄漏電流變化規(guī)律研究

0moa狀態(tài)監(jiān)測參量和參量確定自20世紀(jì)80年代進(jìn)入中國電氣系統(tǒng)以來，通過良好的非線性、良好的通流能量和長期的耐候性，金屬氧化物避雷裝置（moa）已引入中國電氣系統(tǒng)。特別是在高壓和超壓系統(tǒng)中，它發(fā)揮了非避難和不可替代的作用，降低了設(shè)備的絕緣水平。運行中,由于MOA長期工作在戶外,承受系統(tǒng)工作電壓、大氣環(huán)境和沖擊過電壓負(fù)荷的電熱應(yīng)力綜合作用,隨著MOA運行時間的增加,電阻片及密封元件會逐漸劣化。長期的運行經(jīng)驗表明:MOA密封件的劣化會引起電阻片受潮,使直流1mA參考電壓U1mA下降,泄漏電流增加,最終導(dǎo)致MOA損壞,引發(fā)系統(tǒng)事故。受潮事故占MOA總事故率的60%以上。因此,為了能及時發(fā)現(xiàn)MOA事故隱患,避免事故擴(kuò)大,應(yīng)對運行中MOA的受潮狀態(tài)與泄漏電流變化特性進(jìn)行深入研究,探討更靈敏、更有效的在線監(jiān)測狀態(tài)參量和準(zhǔn)確的參量判據(jù)。MOA的ZnO電阻片在小電流區(qū)主要呈現(xiàn)電介質(zhì)特性,其阻性分量占全電流比例較小,一般小于20%。當(dāng)接近MOA拐點時,阻性分量會顯著增大。由于避雷器正常運行時荷電率通常控制在80%左右,因此全電流基本受容性分量的主導(dǎo)。鑒于現(xiàn)場運行條件的限制,目前MOA狀態(tài)的監(jiān)測主要通過監(jiān)測以下幾個參量來實現(xiàn):運行中廣泛采用MOA全電流作為MOA的運行狀態(tài)監(jiān)測參量。這種參量測量設(shè)備簡單、便宜。但由于阻性電流在全電流中所占比重較小,當(dāng)阻性電流出現(xiàn)大幅變化時,全電流往往并不會發(fā)生明顯的變化。運行中,MOA受潮、劣化和熱崩潰主要表現(xiàn)為阻性電流的增加?；谶@個原因,全電流對于MOA狀態(tài)的反映不夠靈敏,只能發(fā)現(xiàn)一些嚴(yán)重劣化的MOA故障隱患。在超、特高壓MOA運行中,由于MOA的運行荷電率更高,因此隨時監(jiān)測MOA的狀態(tài)更為重要。阻性電流基波仍是反映MOA運行狀況的一個重要參量。阻性電流基波的特點是:各次阻性電流諧波分量中基波幅值較高,且受其他諧波電壓影響小,具有一定的抗干擾能力。所以阻性電流基波作為MOA狀態(tài)監(jiān)測參量可以很好地抑制MOA監(jiān)測中電壓諧波干擾,更重要的是可以靈敏反映MOA的劣化狀態(tài),提早發(fā)現(xiàn)一些劣化隱患。但是,阻性電流基波測試,常常需要采集標(biāo)準(zhǔn)電壓和補(bǔ)償容性分量,測試設(shè)備復(fù)雜,維護(hù)較貴,不宜于長期在線監(jiān)測。由于電阻片的非線性,其阻性電流中含有3次諧波分量,多年的運行經(jīng)驗和研究表明:阻性電流3次諧波對MOA電阻片的劣化反映較其他參量更為靈敏。但是它的測量受電網(wǎng)電壓3次諧波的嚴(yán)重干擾。如果不能有效地消除干擾,則測量結(jié)果偏差較大。采用何種參量作為MOA更靈敏的狀態(tài)監(jiān)測參量,是目前MOA在線監(jiān)測技術(shù)中研究重點之一。本文以1000kVMOA運行工況為模型,對MOA比例模型在運行電壓下的基波、3次諧波與受潮狀態(tài)的關(guān)系特性進(jìn)行了試驗研究。1試驗方法和測試原理1.1試驗?zāi)Ｐ图盎芈纺壳癕OA狀態(tài)監(jiān)測特征參量主要基于MOA自身的總泄漏電流或泄漏電流分量。依據(jù)MOA小電流區(qū)的等值電路如圖1所示。其中,Ix是通過MOA的總泄漏電流(全電流),它是由通過電阻片的阻性電流分量Ir和容性電流分量Ic疊加形成,RV為MOA閥片的非線性電阻,C是MOA閥片的電容。試驗所采用的MOA比例模型反映了我國目前MOA電阻片生產(chǎn)技術(shù)水平、代表1000kV運行工況,電壓比例系數(shù)約為164:1,電流比例系數(shù)約為15:1。依據(jù)國標(biāo)GB11032-2000對試品的要求,比例元件U1mA取為6.78kV。工頻變壓器變比為220V/10000V,容量2kVA。試驗回路接線如圖2所示,R為回路保護(hù)電阻,r為取樣電阻。依據(jù)1000kV系統(tǒng)的實際運行工況,其運行相電壓波動范圍取為0.95Uc～1.10Uc(Uc為MOA持續(xù)運行電壓),即548.48～635.08kV。考慮到運行電壓波動對試品泄漏電流的干擾影響,分別研究了試驗電壓在0.95Uc、Uc、1.15Uc變化范圍內(nèi)MOA不同受潮程度下泄漏電流的變化規(guī)律。1.2變阻性電流的測量目前大多阻性電流測試設(shè)備是基于容性電流補(bǔ)償法原理。如日本制造的LCD-4。并在實際中取得較好的應(yīng)用。但是這種方法在所施加電壓含有諧波分量時不能有效去除容性諧波電流,因此會影響測量結(jié)果。容性電流補(bǔ)償法將MOA上采集到的電壓信號移相90°,補(bǔ)償?shù)羧娏鱅x中的容性分量Ic,得到阻性電流Ir。其原理可以用下式表示2π∫0Usf(Ιx-GUsf)dωt=0。(1)∫02πUsf(Ix?GUsf)dωt=0。(1)式中,Usf是MOA上的電壓移相90°所得,與容性電流Ic同相位。當(dāng)容性電流被完全補(bǔ)償?shù)魰r(Ix-GUsf)就是阻性電流Ir。通過式(1)可求得補(bǔ)償系數(shù)G,利用下式可求得阻性電流分量Ιr=Ιx-Ιc=Ιx-GUsf。(2)Ir=Ix?Ic=Ix?GUsf。(2)當(dāng)MOA上施加的電壓含有諧波分量時,容性電流中的諧波分量會給阻性電流的測量造成誤差,上面方法不能去除容性諧波電流。文提出了一種改進(jìn)的補(bǔ)償法。該方法可以有效地去除基波和各次諧波容性電流,準(zhǔn)確地測量阻性電流。改進(jìn)容性電流補(bǔ)償法的原理是對電網(wǎng)電壓和全電流先進(jìn)行檢測,然后進(jìn)行諧波分析,得到各次電壓和全電流諧波的幅值和初相位,然后把式(1)做如下改動2π∫0Usf1(Ιx1-G1Usf1)dωt=0。(3)∫02πUsf1(Ix1?G1Usf1)dωt=0。(3)式中,Usf1是基波電壓移相90°后的值;Ix1是基波全電流;G1是基波補(bǔ)償系數(shù)。利用上式求得基波補(bǔ)償系數(shù)G1,由于MOA電阻片的電容值可近似認(rèn)為是常數(shù)。所以,各次諧波的補(bǔ)償系數(shù)可由下式獲得Gn=nG1。(4)Gn=nG1。(4)求得各次諧波的補(bǔ)償系數(shù)之后,便可由下式求得3次諧波電流Ιr3=Ιx3-Ιc3=Ιx3-G3Usf3。(5)Ir3=Ix3?Ic3=Ix3?G3Usf3。(5)式中,Usf3為3次諧波電壓移相90°后的值;G3為3次諧波補(bǔ)償系數(shù);Ix3、Ir3、Ic3分別為全電流3次諧波、阻性電流3次諧波、容性電流3次諧波。利用上式可以求出系統(tǒng)3次諧波電壓產(chǎn)生的阻性3次諧波電流,然后通過式(3)和式(5)可以獲得阻性基波電流和3次諧波電流的準(zhǔn)確值。即:Ιr1=Ιx1-Ιc1=Ιx1-G1Usf1；(6)Ιr3=Ιx3-Ιc3=Ιx3-G3Usf3。(7)本試驗中采用此種方法處理阻性電流數(shù)據(jù)。2壓力下moa泄漏電流分量隨電壓的變化規(guī)律本試驗采用比例元件模擬1000kV系統(tǒng)MOA。試驗電壓選擇0.95Uc、Uc、1.15Uc3個值。實際運行中MOA的平均荷電率約80%,MOA因受潮導(dǎo)致的U1mA下降量范圍取5%～23%,由更嚴(yán)重受潮引起的U1mA下降量會更大,避雷器會在很短時間內(nèi)損壞,因此這種情況作為狀態(tài)檢測意義不大。不同持續(xù)運行電壓下各電流分量隨受潮程度的變化規(guī)律見圖3～5。由圖可知:MOA在持續(xù)運行電壓下工作,MOA泄漏電流各個分量隨著MOA的U1mA的下降基本成線性增長。容性電流分量占全電流90%以上,阻性電流分量所占比例很小,容性電流起決定性作用。所以,即使阻性電流分量幅度變化較大,也不會引起全電流的明顯變化。而MOA受潮主要表現(xiàn)在阻性電流的變化。故通過監(jiān)測全電流來反映MOA受潮是不靈敏的。運行電壓會受負(fù)荷、運行方式的變化而出現(xiàn)波動,不同受潮程度下MOA各泄漏電流分量隨電壓的變化規(guī)律見圖6～8。由圖可知,當(dāng)MOA受潮程度不同時,全電流、容性電流隨電壓波動的規(guī)律基本一致;阻性電流基波和阻性3次諧波隨電壓的變化規(guī)律相似。MOA各泄漏電流分量均隨著運行電壓的升高而增大,隨受潮程度的增加而升高。電壓恒定時MOA各泄漏電流分量隨受潮程度的變化規(guī)律見圖9～11。以U1mA下降5%時的各泄漏電流分量為基準(zhǔn)值,對不同受潮情況下U1mA下降10%、15%、20%、23%時MOA各泄漏電流分量的增幅進(jìn)行比對。由圖可知:①當(dāng)運行電壓為0.95Uc恒定時,在MOA受潮引起直流U1mA電壓下降量為5%～23%時,全電流的變化不明顯,最大變化量為64.2μA,增幅為7.38%,最小變化量為5.9μA,增幅為0.68%。容性電流最大變化量為61.2μA,增幅為7.12%,最小變化量為4.9μA,增幅為0.57%。②當(dāng)運行電壓為Uc恒定時,MOA全電流的最大變化量為67.1μA,增幅為7.32%,最小變化量為11.8μA,增幅為1.27%,容性電流最大變化量為63.6μA,增幅為7.03%,最小變化量為14.6μA,增幅為1.61%。③當(dāng)運行電壓為1.15Uc恒定時,MOA全電流的最大變化量為86.1μA,增幅為8.16%,最小變化量為16μA,增幅為1.52%。容性電流的最大變化量為72.4μA,增幅為6.96%,最小變化量為13.6μA,增幅為1.31%。當(dāng)運行電壓分別恒定在0.95Uc、Uc、1.15Uc時,在MOA受潮引起直流U1mA電壓下降量為5%～23%時,阻性電流基波最大變化量分別為23、25.9、75.8μA,增幅分別為16.79%、17.37%和41.69%;最小變化量分別為6.7μA、6.2μA、14.8μA,增幅分別為4.89%、4.16%和8.14%,增幅值明顯高于全電流。當(dāng)運行電壓分別恒定在0.95Uc、Uc、1.15Uc時,阻性3次諧波電流最大變化量分別為23.9、26.8、51.1μA,增幅分別為102.56%、100.75%和138.11%;最小變化量分別為10、10.4、8.9μA,增幅分別為42.92%、39.10%和33.78%。由此可知:相同受潮狀態(tài)下,在MOA端子間所加工頻電壓不超過工頻U1mA電壓范圍內(nèi),MOA全電流的變化基本受容性電流主導(dǎo),容性電流的變化量很小,因此監(jiān)測全電流對MOA受潮狀態(tài)的反映不靈敏。阻性電流基波變化量高于容性電流,阻性電流3次諧波增幅遠(yuǎn)高于阻性電流基波增幅,故阻性3次諧波電流對MOA受潮的反映更靈敏。3阻性3次諧波通過對MOA不同受潮程度下各泄漏電流分量的試驗研究分析,可以得出以下結(jié)論:a)MOA各泄漏電流分量隨運行電壓的波動而變化,運行電壓在-5%～+15%范圍波動時對全電流影響較大,對阻性電流基波和3次諧波影響較小。b)在由于受潮引起MOAU1mA下降量≤25%,即MOA兩端電壓不高于其工頻參考電壓時泄漏電流中的全電流和容性電流分量對MOA受潮的反映不夠靈敏,不適