基于相关系数的避雷器带电检测相对测量法及应用

2018-10-24，，，，，，

电瓷避雷器 2018年5期

，，，，，，

(国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛 266000)

0 引言

避雷器作为保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间的一种一次设备，对保障变电站安全稳定运行起到至关重要的作用。随着带电检测技术的逐步推广，红外、泄漏电流等测量手段已广泛用于避雷器带电检测中，其中，泄漏电流带电检测法是一种可有效判断避雷器运行状态的检测方法[1]。

避雷器泄漏电流(或全电流)为施加持续运行电压时流过金属氧化物避雷器的电流，全电流以及全电流中的阻性电流基波变化情况可作为判断避雷器内部是否受潮、金属氧化物阀片是否发生劣化的参考依据[2]。目前，以全电流和阻性电流为依据的避雷器诊断方法基本依靠检测人员的主观判断，将当前电流数值与该设备历史数据或同批次产品数据进行对比，如果发现全电流或阻性电流基波发生明显变化，则认为避雷器存在缺陷[3-5]。上述诊断方法存在一定不足，首先，采用数据对比来判断避雷器运行状态的做法具有较多的主观意识，不够量化；其次，在得到测量结果后，应对避雷器采取何种处理措施(如加强监督或停电检修)的界限模糊，需要对结果做更精确的判断。

综上所述，提出了基于相关系数的避雷器带电检测相对测量法，将带电检测仪采集的避雷器全电流表示为向量形式，计算同一线路三相避雷器全电流之间的相关系数，并以此为诊断依据，实现了避雷器运行状态的精确诊断，同时在某变电站进行了应用。

1 避雷器带电检测原理

避雷器在运行状态下，流过本体的持续运行电流称之为全电流Ix。全电流由阻性分量和容性分量组成，其中，阻性分量称为阻性电流Ir，容性分量称之为容性电流Ic。通过电流传感器采集避雷器接地电流，与从电压互感器获得的电压信号进行向量计算，得到全电流、阻性电流、容性电流的测量结果。如图1所示为避雷器泄漏电流带电检测接线图，其中，根据避雷器高、低阻计数器的不同，选择采用短接式和钳形电流表进行测量[6]。本文所采用的带电检测仪为AI-6106型氧化锌避雷器带电检测仪，其接线形式与图1相同，并且符合Q/GDW 11369—2014规程要求。

图1 避雷器泄漏电流带电检测接线图Fig.1 Arrester leakage current live detection wiring diagram

2 基于相关系数的相对测量法

2.1 测量原理

采用如图1所示避雷器带电检测接线方式可以获得避雷器全电流、阻性电流和容性电流信息。全电流可表示为阻性基波电流、阻性三次谐波电流和容性基波电流三部分的合成，其余分量数值较小，因此可以忽略不计[7]。则全电流Ix被表示为

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

(1)

式中：Ix为全电流；Ir1为阻性基波电流；Ir3为阻性三次谐波电流；Ic1为容性基波电流。

为了实现精确的电流数值对比，本文将全电流Ix表示为向量形式，即

IX=[Ir1，Ir3，Ic1]

(2)

同时，根据现场实际，笔者将同一线路三相避雷器的全电流作横向对比，那么，各相避雷器的全电流可表示为

IXA=[Ir1A，Ir3A，Ic1A]

(3)

IXB=[Ir1B，Ir3B，Ic1B]

(4)

IXC=[Ir1C，Ir3C，Ic1C]

(5)

由此，同线路各相避雷器的全电流都由阻性基波电流、阻性三次谐波电流和容性基波电流三部分所表示。

相关系数可有效表达变量间的线性关系，从而准确判断变量间的相似性。笔者已将同线路三相避雷器全电流表示为向量形式，因此各相全电流间的相关系数得以计算。各相全电流间的相关系数为[8]

(6)

式中：cov表示为向量内积；σ为向量长度；rAB、rBC、rCA为各相全电流间的相关系数。笔者将该相关系数数值作为避雷器状态诊断参量。

2.2 诊断依据

根据Q/GDW 11369—2014要求，如果全电流或阻性电流差别超过70%时应缩短试验周期并加强监测，超过1倍时需停电检测[6]。另外，结合现场实际，本文将上述参考依据量化为基于相关系数的避雷器带电检测的诊断依据，如表1所示。当相关系数数值大于0.95时，说明避雷器运行状态良好；当相关系数数值在0.9到0.95之间时，需加强对避雷器监督；当相关系数小于0.9时，避雷器应立即停电检修，必要时进行更换。

表1 基于相关系数的避雷器带电检测诊断依据Table 1 The diagnosis basis of relative measurement method based on correlation coefficient for arrester live detection

3 现场应用

2016年某日，试验人员在采用AI-6106型氧化锌避雷器带电检测仪对某110 kV变电站I母线避雷器进行带电检测时发现，A相避雷器的泄漏电流大于B、C两相避雷器。为了进一步判断避雷器的运行状态，试验人员对各相避雷器的阻性基波电流、阻性三次谐波电流和容性基波电流进行了测量，其结果如表2所示。

随后，采用基于相关系数的相对测量法计算得到三相避雷器全电流间的相关系数，其结果如表3所示。

表3 某110 kV变电站I母线三相避雷器泄漏电流相关系数Table 3 Leakage current correlation coefficient of I bus three-phase arrester in a 110 kV substation

由此可见，A相避雷器与B、C两相相关系数均低于0.9，因此，判断避雷器缺陷问题较为严重，需立即停电检修。

停电更换避雷器后，试验人员首先观察了原A相避雷器外观状态，发现该避雷器表面脏污严重，出现绝缘老化，如图2所示。随后，又对该A相避雷器进行了直流耐压试验，试验结果如表4所示，避雷器的1 mA直流参考电压只有108 kV，明显过低，而且泄漏电流达到了62 μA，已超过标准要求的50 μA。由此可判定氧化锌避雷器存在严重的污秽或受潮情况，是导致泄流电流增大的主要原因。