基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測相對測量法及應用

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(國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000)

0 引言

避雷器作為保護電氣設備免受高瞬態(tài)過電壓危害并限制續(xù)流時間的一種一次設備，對保障變電站安全穩(wěn)定運行起到至關重要的作用。隨著帶電檢測技術的逐步推廣，紅外、泄漏電流等測量手段已廣泛用于避雷器帶電檢測中，其中，泄漏電流帶電檢測法是一種可有效判斷避雷器運行狀態(tài)的檢測方法[1]。

避雷器泄漏電流(或全電流)為施加持續(xù)運行電壓時流過金屬氧化物避雷器的電流，全電流以及全電流中的阻性電流基波變化情況可作為判斷避雷器內(nèi)部是否受潮、金屬氧化物閥片是否發(fā)生劣化的參考依據(jù)[2]。目前，以全電流和阻性電流為依據(jù)的避雷器診斷方法基本依靠檢測人員的主觀判斷，將當前電流數(shù)值與該設備歷史數(shù)據(jù)或同批次產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行對比，如果發(fā)現(xiàn)全電流或阻性電流基波發(fā)生明顯變化，則認為避雷器存在缺陷[3-5]。上述診斷方法存在一定不足，首先，采用數(shù)據(jù)對比來判斷避雷器運行狀態(tài)的做法具有較多的主觀意識，不夠量化；其次，在得到測量結果后，應對避雷器采取何種處理措施(如加強監(jiān)督或停電檢修)的界限模糊，需要對結果做更精確的判斷。

綜上所述，提出了基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測相對測量法，將帶電檢測儀采集的避雷器全電流表示為向量形式，計算同一線路三相避雷器全電流之間的相關系數(shù)，并以此為診斷依據(jù)，實現(xiàn)了避雷器運行狀態(tài)的精確診斷，同時在某變電站進行了應用。

1 避雷器帶電檢測原理

避雷器在運行狀態(tài)下，流過本體的持續(xù)運行電流稱之為全電流Ix。全電流由阻性分量和容性分量組成，其中，阻性分量稱為阻性電流Ir，容性分量稱之為容性電流Ic。通過電流傳感器采集避雷器接地電流，與從電壓互感器獲得的電壓信號進行向量計算，得到全電流、阻性電流、容性電流的測量結果。如圖1所示為避雷器泄漏電流帶電檢測接線圖，其中，根據(jù)避雷器高、低阻計數(shù)器的不同，選擇采用短接式和鉗形電流表進行測量[6]。本文所采用的帶電檢測儀為AI-6106型氧化鋅避雷器帶電檢測儀，其接線形式與圖1相同，并且符合Q/GDW 11369—2014規(guī)程要求。

圖1 避雷器泄漏電流帶電檢測接線圖Fig.1 Arrester leakage current live detection wiring diagram

2 基于相關系數(shù)的相對測量法

2.1 測量原理

采用如圖1所示避雷器帶電檢測接線方式可以獲得避雷器全電流、阻性電流和容性電流信息。全電流可表示為阻性基波電流、阻性三次諧波電流和容性基波電流三部分的合成，其余分量數(shù)值較小，因此可以忽略不計[7]。則全電流Ix被表示為

IX=Ir1sinωt+Ir3sin(3ωt+π)+Ic1sin(ωt+π/2)

(1)

式中：Ix為全電流；Ir1為阻性基波電流；Ir3為阻性三次諧波電流；Ic1為容性基波電流。

為了實現(xiàn)精確的電流數(shù)值對比，本文將全電流Ix表示為向量形式，即

IX=[Ir1，Ir3，Ic1]

(2)

同時，根據(jù)現(xiàn)場實際，筆者將同一線路三相避雷器的全電流作橫向?qū)Ρ?，那么，各相避雷器的全電流可表示?/p>

IXA=[Ir1A，Ir3A，Ic1A]

(3)

IXB=[Ir1B，Ir3B，Ic1B]

(4)

IXC=[Ir1C，Ir3C，Ic1C]

(5)

由此，同線路各相避雷器的全電流都由阻性基波電流、阻性三次諧波電流和容性基波電流三部分所表示。

相關系數(shù)可有效表達變量間的線性關系，從而準確判斷變量間的相似性。筆者已將同線路三相避雷器全電流表示為向量形式，因此各相全電流間的相關系數(shù)得以計算。各相全電流間的相關系數(shù)為[8]

(6)

式中：cov表示為向量內(nèi)積；σ為向量長度；rAB、rBC、rCA為各相全電流間的相關系數(shù)。筆者將該相關系數(shù)數(shù)值作為避雷器狀態(tài)診斷參量。

2.2 診斷依據(jù)

根據(jù)Q/GDW 11369—2014要求，如果全電流或阻性電流差別超過70%時應縮短試驗周期并加強監(jiān)測，超過1倍時需停電檢測[6]。另外，結合現(xiàn)場實際，本文將上述參考依據(jù)量化為基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測的診斷依據(jù)，如表1所示。當相關系數(shù)數(shù)值大于0.95時，說明避雷器運行狀態(tài)良好；當相關系數(shù)數(shù)值在0.9到0.95之間時，需加強對避雷器監(jiān)督；當相關系數(shù)小于0.9時，避雷器應立即停電檢修，必要時進行更換。

表1 基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測診斷依據(jù)Table 1 The diagnosis basis of relative measurement method based on correlation coefficient for arrester live detection

3 現(xiàn)場應用

2016年某日，試驗人員在采用AI-6106型氧化鋅避雷器帶電檢測儀對某110 kV變電站I母線避雷器進行帶電檢測時發(fā)現(xiàn)，A相避雷器的泄漏電流大于B、C兩相避雷器。為了進一步判斷避雷器的運行狀態(tài)，試驗人員對各相避雷器的阻性基波電流、阻性三次諧波電流和容性基波電流進行了測量，其結果如表2所示。

隨后，采用基于相關系數(shù)的相對測量法計算得到三相避雷器全電流間的相關系數(shù)，其結果如表3所示。

表3 某110 kV變電站I母線三相避雷器泄漏電流相關系數(shù)Table 3 Leakage current correlation coefficient of I bus three-phase arrester in a 110 kV substation

由此可見，A相避雷器與B、C兩相相關系數(shù)均低于0.9，因此，判斷避雷器缺陷問題較為嚴重，需立即停電檢修。

停電更換避雷器后，試驗人員首先觀察了原A相避雷器外觀狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)該避雷器表面臟污嚴重，出現(xiàn)絕緣老化，如圖2所示。隨后，又對該A相避雷器進行了直流耐壓試驗，試驗結果如表4所示，避雷器的1 mA直流參考電壓只有108 kV，明顯過低，而且泄漏電流達到了62 μA，已超過標準要求的50 μA。由此可判定氧化鋅避雷器存在嚴重的污穢或受潮情況，是導致泄流電流增大的主要原因。

圖2 原A相避雷器情況Fig.2 Case of the original A phase arrester

底座絕緣/MΩ直流參考電/kV0.75泄漏電流/μA250010862

綜上所示，采用基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測相對測量法實現(xiàn)了準確判斷避雷器運行隱患，及時避免了問題的進一步惡化，有效保證了電網(wǎng)的運行安全。

4 結論

提出了一種基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測相對測量法，將避雷器帶電檢測儀獲取的全電流表示為阻性基波電流、阻性三次諧波電流和容性基波電流組成的向量形式，以同線路三相避雷器全電流的相關系數(shù)為診斷參數(shù)，判斷避雷器運行狀態(tài)，得到了以下結論。

1)基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測相對測量法使避雷器診斷更為量化，測量結果更為精確，提高了診斷的準確度。

2)基于相關系數(shù)的避雷器帶電檢測相對測量法已成功應用于現(xiàn)場實際，并有效診斷出避雷器缺陷問題，保障了電網(wǎng)運行安全。