基于溫度補償?shù)慕饘傺趸锉芾灼鲙щ姍z測技術(shù)研究

胡錫幸，鮑巧敏，華盛繼

（國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009）

基于溫度補償?shù)慕饘傺趸锉芾灼鲙щ姍z測技術(shù)研究

胡錫幸，鮑巧敏，華盛繼

（國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009）

利用溫度控制箱搭建了金屬氧化物避雷器模擬運行工況下的運行中持續(xù)電流測試平臺；比較了溫度對運行中持續(xù)電流測試結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)溫度從20℃上升到46℃，阻性初值差變化超過45%；最后通過擬合測試數(shù)據(jù)，提出了基于溫度補償?shù)慕饘傺趸锉芾灼鲙щ姕y試方法，明顯提高了現(xiàn)場檢測準(zhǔn)確性。

金屬氧化避雷器；帶電檢測；測試平臺；溫度校正

0 引言

金屬氧化物避雷器（metal oxide arrester）以其優(yōu)異的非線性、大通流能力成為電力系統(tǒng)過電壓保護的主要裝置[1-2]。

工頻下金屬氧化物避雷器可以等效為電容和非線性電阻的并聯(lián)，避雷器運行工況下的持續(xù)電流由阻性分量和容性分量兩部分組成[3-4]。文獻[4]指出引起避雷器故障的主要因素為閥體受潮，文獻[5]指出閥體受潮可以通過檢測阻性電流分量來判斷。另外文獻[6]指出隨著溫度的升高，高梯度氧化鋅電阻片的電壓-電流特性曲線拐點逐漸向前移動，尤其當(dāng)溫度超過50℃時，高梯度氧化鋅電阻片的負溫度系數(shù)絕對值增大，這對避雷器運行的熱穩(wěn)定性會產(chǎn)生不利影響。目前，避雷器阻性電流現(xiàn)場測試結(jié)果容易受環(huán)境溫濕度影響；對于濕度，可通過設(shè)置避雷器表面泄漏電流屏蔽線來避免；環(huán)境溫度會直接影響避雷器的散熱，進而對避雷器運行產(chǎn)生不利影響，而避雷器溫度對持續(xù)電流的影響，暫無校正措施。

為此有必要利用溫度控制箱搭建金屬氧化物避雷器模擬運行工況下的運行中持續(xù)電流測試平臺，比較溫度對運行中持續(xù)電流測試結(jié)果的影響，通過擬合測試數(shù)據(jù)，提出金屬氧化物避雷器溫度補償修。

1 現(xiàn)場運行工況模擬

如圖1所示，取110 kV金屬氧化物避雷器1片閥片放入溫控箱內(nèi)，溫控箱內(nèi)部伸出兩個套管。

套管1通過限流電阻R1與試驗變壓器T2高壓端相連，另外一個套管2與試驗變壓器T2接地端相連。圖1中，通過調(diào)壓源T1和試驗變壓器T2實現(xiàn)閥片兩端電壓的調(diào)節(jié)，C1和C2是電容分壓器，用于獲得閥片兩端的電壓信號，T3是電流互感器，用于獲取閥片的泄漏電流。M1是阻性電流測試儀，通過采集電容分壓器和電流互感器T3的電壓、電流信號，來獲得避雷器的阻性電流。測試過程中，溫控箱內(nèi)部環(huán)境溫度能在常溫和50℃之間任意調(diào)節(jié)，且具有溫度恒定功能。

圖1 現(xiàn)場運行工況模擬Fig.1 The simulation of scene operating conditions

2 運行中持續(xù)電流測試

對于110 kV金屬氧化物避雷器，其內(nèi)部閥片數(shù)約為27片，正常工作時避雷器的額定電壓滿足式（1），每片閥片對應(yīng)的額定電壓滿足式（2）。

考慮到溫控箱的絕緣間隙和加壓裝置的功率，溫控箱內(nèi)放置1片氧化鋅閥片，其兩端電壓固定在2.35 kV，通過溫控箱調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，可以得到避雷器運行中持續(xù)電流（泄漏電流）及其阻性分量（阻性電流）與環(huán)境的對應(yīng)關(guān)系如表1、2所示。

從表1、表2可以看出，隨著溫度的增加，閥片的泄漏電流和阻性電流都有所增大，且對于阻性電流，當(dāng)溫度達到29℃后，其阻性電流的絕對值均超過 50 μA。

將不同溫度下的泄漏電流和阻性電流測試結(jié)果與常溫下（20℃）數(shù)據(jù)進行初值差比較，滿足：

式（3）中，Ix0、Ixt和 I′xt分別表示泄漏電流初值、環(huán)境溫度為t℃時的泄漏電流和泄漏電流初值差，其中泄漏電流初值為t=20℃時的泄漏電流測試數(shù)據(jù)。式（4）中，Ir1p0、Ir1pt和 I′r1pt分別表示阻性電流初值、環(huán)境溫度為t℃時的阻性電流和阻性電流初值差。具體結(jié)果如圖2、3所示。

表1 泄漏電流隨溫度變化規(guī)律Table 1 The variation between temperature and leakage current

表2 阻性電流隨溫度變化規(guī)律Table 2 The variation between temperature and resistive current

圖2 和泄漏電流隨溫度變化規(guī)律Fig.2 The variation between temperature and leakage current

從圖2可以看到，由于泄漏電流初值數(shù)據(jù)較大，不同環(huán)境溫度對應(yīng)的初值差基本上都小于5%，溫度對泄漏電流的影響基本可以忽略不計。

圖3是阻性電流初值差隨環(huán)境溫度變化規(guī)律，可以看到環(huán)境溫度從20℃上升到46℃，其阻性電流初值差從上升到45%。

國家浙江省電力公司基于帶電檢測數(shù)據(jù)的設(shè)備評價導(dǎo)則明確了金屬氧化物避雷器阻性電流與扣分值的對應(yīng)關(guān)系，詳見圖4。

圖3 阻性電流初值差隨溫度變化規(guī)律Fig.3 The variation between temperature and resistive current

圖4 阻性電流與扣分量的對應(yīng)關(guān)系Fig.4 The variation between resistive current and deduction amount

可以看到當(dāng)初值差接近50%時，避雷器開始扣分，圖3測試結(jié)果表明溫度對初值差的影響接近46%，基于此，為使評價結(jié)果更符合設(shè)備運行實際，有必要對不同溫度下的阻性電流測試結(jié)果進行修正。

3 測試結(jié)果修正

3.1 測試數(shù)據(jù)擬合

利用多項式模型對溫度和阻性電流進行擬合，其中目標(biāo)函數(shù)滿足：

假設(shè)第i個數(shù)據(jù)點的值Ir1pt和相應(yīng)擬合值之間的差值為殘差ri，并定義殘差ri的范數(shù)W為

可以看出，W越小，其擬合效果就越好。對于閥片1，1階至3階的范數(shù)如表3所示。

由表3可以看到，2階擬合效果最好，對于閥片1、2、3，其系數(shù)取值如表 4 所示。

圖5是不同閥片擬合曲線與阻性電流實際測試結(jié)果，可以看到基本擬合曲線與實測數(shù)據(jù)基本吻合。

表3 各階范數(shù)Table 3 A

表4 不同閥片對應(yīng)的a1、a2和a3值Table 4 The value of a1，a2and a3for different Arrester valves

圖5 擬合曲線與實測數(shù)據(jù)對比Fig.5 The comparison between measured data and fitting curve

3.2 基于擬合結(jié)果的修正

對不同溫度下的阻性電流測試結(jié)果進行修正，滿足：

式（7）中，Ir1p（T）是溫度 T 時的阻性電流。 I′r1p（t）是修正到溫度為t后的阻性電流，k（T）是溫度折算系數(shù)，其在20℃～46℃區(qū)間內(nèi)的阻性電流修正系數(shù)，滿足：

式（8）中t是20℃～46℃區(qū)間的任一初始溫度，T是20 ℃～46 ℃區(qū)間內(nèi)的任一溫度。 系數(shù) ki（i＝1、2、3）為

Σai是不同閥片對應(yīng)的多項式擬合系數(shù)和，將表4和式（9）計算結(jié)果帶入式（8），得到：

將式（7）和（10）的計算結(jié)果對閥片 1、2 和 3 的阻性電流進行初始溫度t=20℃下的修正，可以得到阻性電流數(shù)值和初值差隨溫度變化規(guī)律，詳見圖6、圖7。從圖6和圖7可以看到，修正后的阻性電流基本排除了溫度的影響，其中初值差最大值從修正前的45%下降到4%。滿足現(xiàn)場評價要求。

圖6 修正后阻性電流隨溫度變化規(guī)律Fig.6 Amended resistive current variation with temperature

圖7 修正后阻性電流初值差隨溫度變化規(guī)律Fig.7 Amended resistive current variation with temperature difference between the initial value

4 結(jié)論

對避雷器阻性電流測試結(jié)果進行溫度修正，修正后的阻性電流數(shù)值基本上排除了現(xiàn)場溫度的影響，滿足現(xiàn)場評價要求。

[1]段大鵬，江秀臣，孫才新，等.基于正交分解的MOA泄漏電流有功分量提取方法[J].電工技術(shù)學(xué)報，2008，23（7）:56-61.DUAN Dapeng，JIANG Xiuchen，SUN Caixin，et al.Extracting algorithm of active power component of MOA leaking currentbased on orthogonaldecomposition[J].Tran-sactions of China Electrotechnical Society，2008，23（7）:56-61.

[2]謝鵬，張國棟.金屬氧化物避雷器試驗測試方法的發(fā)展及應(yīng)用[J].電瓷避雷器，2006（5）:36-38，41.XIE Peng，ZHANG Guodong.Development and application of MOA testing methods[J].Insulators and Surge Arresters，2006，（5）:36-38，41.

[3]孟毅，文遠芳，龔李偉.不同介質(zhì)中MOV小電流特性的比較[J].電瓷避雷器，2006（5）:17-20.MENG Yi，WEN Yuanfang，GONG Liwei.Study on eletric characteristics in low current region of MOV in different dielectrics[J].Insulators and Surge Arresters，2006（5）:17-20.

[4]鄭健，張國慶，田悅新，等.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測技術(shù)綜述[J].繼電器，2000（9）:7-9.ZHENG Jian，ZHANG Guoqing，TIAN Yuexin，et，al.Descri-ption of on-line detection technique on MOA leakage current[J].RELAY，2000（9）:7-9.

[5]張金波，范梅榮，王俊，等.金屬氧化物避雷器阻性泄漏電流無線檢測方法的設(shè)計[J].高壓電器，2006，42（1）:1-3，7.ZHANG Jinbo，F(xiàn)AN Meirong，WANG Jun，et al.Design of resistance leakage current wireless measurement of metaloxide surge arrester[J].High Voltage Apparatus，2006，42（1）:1-3，7.

[6]馬勍，石莉敏.高梯度氧化鋅電阻片小電流區(qū)域溫度特性研究[J].電瓷避雷器，2011，3（241）:49-55.MA Qing，SHI Limin.Study on temperature characteristics of high gradient zinc oxide varistors in low current region[J].Insulators and Surge Arresters，2011，3（241）:49-55.

Research on MOA’s On-Line Detection Technology Based on Temperature Compensation

HU Xixing，BAO Qiaomin，HUA Shengji
（Hangzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310009，China）

In order to simulate the running condition of the continuous current，the metal oxide arrester test platform is set up by using temperature control box.Then the effect of temperature on the test results of continuous current in operation is compared，and it is found that the temperature rise from 20℃ to 46℃，the resistive current initial value changes more than 45%difference.Finally，through fitting test data，the MOA on-line detection with temperature compensation is proposed which could greatly improve the accuracy of field testing.

MOA；on-line detection；test platform；temperature correction

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.01.019

2015-11-23

胡錫幸 （1982—），女，工程師，博士研究生，從事輸變電設(shè)備帶電檢測和狀態(tài)檢修研究。