吴昊疆，王和喜，龚奕玮，蒙 扬，陈弘基

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局海口分局，海南 海口 510663）

1 概述

相比于普通避雷器，金属氧化物避雷器（MOA）具有良好的伏安特性，当电网电压升高达到避雷器动作电压时，释放过电压负荷，将电网电压升高的幅值限制在一定水平之下。同时，避雷器还能限制雷击过电压及一部分操作过电压，从而保护设备绝缘不受损坏[1]。因此，避雷器的稳定运行尤为重要。

为监测避雷器的健康状态，常采用U1mA及0.75倍U1mA下泄漏电流两个指标对设备进行评价。在避雷器长时间运行后，由于受到表面瓷套脏污、老化程度不同等因素影响，会造成上下节避雷器的U1mA有所差异。即使避雷器整体性能仍满足运行要求，但是在开展U1mA及0.75 倍U1mA下泄漏电流试验时，却会出现上下节U1mA差值过大的情况，导致其中一节避雷器的U1mA难以测得。

2 避雷器特性及常规试验项目

2.1 避雷器的伏安特性

避雷器作为重要的过电压保护设备，自20 世纪80 年代开始，金属氧化物避雷器已开始大规模应用于电力系统。得益于非线性电阻片的应用，金属氧化物避雷器具有良好的伏安特性，如图1 所示。

图1 金属氧化物避雷器伏安特性

避雷器整体的伏安特性可简单区分为小电流区、非线性区、饱和区3 段。

第Ⅰ段为小电流区：由a 至b 电压逐步升高的过程中，随着电压升高，泄漏电流逐渐增加。第Ⅱ段为非线性区：b 点为进入非线性区的拐点，b 点电流大概为1 mA，此时的避雷器残压值即为U1mA。泄漏电流到达1 mA 时，一般认为避雷器已经开始工作了。经过b 点后电压再升高，避雷器电阻迅速减小，泄漏电流迅速增大，通过对地释放大电流，降低电压，从而实现对设备的过电压保护。第Ⅲ段为饱和区：c 段之后，电压升高，电流也迅速增加，一般c 点即为避雷器标称放电电流，根据型号不同可以是5 kA、10 kA、20 kA 等。

2.2 避雷器常规试验项目

避雷器一经接入电网即有微小的电流流过，使元件自身发热。工作电压越高，泄漏电流越大，发热量随之增加。在高压电场、过电压、自然环境等累积作用下，容易导致避雷器热崩溃。避雷器作为电力系统中重要的电气设备，定期对其开展试验，监测设备状态，对设备和电网安全意义重大。对于避雷器的设备状态参数，依照《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB/T 11032—2020），将避雷器的参考电压分为工频参考电压和直流参考电压，避雷器的参考电流分为工频参考电流和直流参考电流。

依照国家标准《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB/T 11032—2020）、《电气装置安装工程设备交接试验标准》（GB 50150—2016），规定了避雷器在开展型式试验及交接试验时，需测量避雷器工频参考电压和持续电流以及U1mA及0.75 倍U1mA下的泄漏电流。而依照《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596—2021）、《南方电网公司电力设备检修试验规程》（Q/CSG 1206007—2017），U1mA及 0.75 倍 U1mA下的泄漏电流为定期开展的预防性试验项目。

综上规程要求，避雷器出厂、交接、预防性试验均需开展U1mA及0.75 倍U1mA下的泄漏电流试验。

3 不拆线避雷器试验的问题

3.1 不拆线试验遇到的问题

厂站内使用的避雷器往往与CVT 一同安装在线路进（出）线侧，由龙门架进线处的引下线接至避雷器顶部接线板，且由于避雷器本身高度较高，拆除一次引线较为困难。在线路停电检修期间对避雷器开展电气试验，为提高工作效率，简化工作流程，往往采用不拆一次引线方式开展。

以220 kV 避雷器为例，在不拆线开展220 kV避雷器直流参考电压U1mA试验时，试验接线如图2所示。

图2 不拆线开展220 kV 避雷器U1mA 试验接线

直流高压发生器的高压输出端接至两节避雷器间的法兰，μA 表1 测量高压输出端的电流值为I1，μA 表2 测量流过下节避雷器的电流值为I2，上节避雷器流过电流值为I3。当I1-I2=I3=1000 μA 时的电压，即为上节避雷器的U1mA。在理想状态下，避雷器上下节伏安特性完全一致，上下节避雷器所流过的泄漏电流也一样，所以I2=I3。当I1-I2=I3=1000 μA 时，I2也为1000 μA，故仪器仅需具备2 mA 的输出电流容量即可满足试验要求。

但在实际开展试验的过程中，可能会因为种种原因导致上下节避雷器泄漏电流差值过大的情况。如下节避雷器流过的电流值I2先达到1000 μA，而直流高压发生器输出电流I1尚未达到2000 μA，甚至仅为1800 μA 或更小时，此时 I3与 I2的差值为 200 μA。目前常规直流高压发生器的容量一般为3 mA，即使下节电流I2增加速率与上节电流I3相当，但若无法在I1＜3 mA 时测得I1-I2=1000 μA，当直流高压发生器输出电流I1＞3 mA 时，仪器已无法满足测试要求。

3.2 传统解决办法及弊端

首先，可将避雷器简化为电容和非线性电阻并联的模型，理想状态下，在施加直流电压时，泄漏电流为流经非线性电阻片的电流。而在实际运行中瓷套表面仍会流过微弱的泄漏电流，若避雷器瓷套表面受潮脏污，瓷套表面流过的沿面泄漏电流将会影响试验结果。

其次，避雷器内部由多片电阻片串联而成，受到避雷器均压环及周围设备的耦合电容影响，每片电阻片在运行中承受的电场强度是不一样的[2]。受此影响，避雷器长期运行后，电阻片的老化程度不一，故上下节避雷器之间的伏安特性也会发生变化，造成两节避雷器间U1mA差值变大。

最后，在避雷器周围安装有一次引线、CVT 等设备，与避雷器构成一个复杂的阻容网络[3]。由于阻容网络与避雷器的相互作用，也可能会对U1mA试验中的泄漏电流造成影响。

综上所述，避雷器的U1mA难以测得，可能有以下3 个影响因素：①避雷器瓷套表面脏污。②长期运行后避雷器不同电阻片老化程度不一。③一次引线及周边设备与避雷器构成的阻容网络的影响。

为消除220 kV 避雷器上下节之间U1mA差值较大，不易测得U1mA试验的情况。可以采用的方法有：①对避雷器瓷套表面进行清洁或采取表面屏蔽法进行试验。②拆除一次引线，用低压看表法单独测量上节避雷器U1mA。③在下节避雷器处串接电阻片，抑制下节避雷器的泄漏电流[4]。

第1 种和第2 种方法为目前最常用的处理方法，需要投入更多人力配合开展高空作业，既增加了工作风险，又需要投入更多人力资源。

第3 种方法是通过在下节避雷器串接电阻片，提高该节避雷器的U1mA，从而使两节避雷器间的U1mA差值减小。但电阻片外观一般为穿心圆盘，现场安装不便；且电阻片阻值选择不当，也会导致试验效果不佳，需反复进行调整及阻值匹配，操作较为烦琐，工作效率不高。

4 避雷器试验补偿

为了降低工作风险、减少人力投入、提高工作效率，除了在下节避雷器串接电阻片，还可以通过对下节避雷器进行电压（或阻性）补偿，限制下节（或上节）避雷器的泄漏电流，使不拆线状态下也能够快速测得避雷器的U1mA。

以220 kV 避雷器为例，一般由2 节避雷器单元组成。依照规程中对U1mA的要求，试验值与出厂值之差不应超过±5%。根据实际经验及历史试验数据，试验值与出厂值之差一般不大于3 kV。因此，补偿装置的输出电压峰值按照3 kV 进行设计，可满足试验的基本要求。

当上节避雷器U1mA较高时，下节避雷器泄漏电流首先达到1000 μA。此时补偿装置需对下节避雷器进行电阻性补偿。

开始试验时，补偿装置不对下节避雷器进行补偿，观察直流高压发生器升压时下节避雷器泄漏电流，若下节避雷器泄漏电流先达到1000 μA，此时的电压即为下节避雷器U1mA。此种情况需要对下节进行电阻性补偿，补偿后可将下节避雷器泄漏电流限制在950~1050 μA，直流高压发生器继续升压，观察直流高压发生器输出电流达到2000 μA 时的电压，即为上节避雷器U1mA。

当下节避雷器U1mA较高时，上节避雷器泄漏电流首先达到1000 μA。此时补偿装置则需对下节避雷器进行电压补偿。试验方法与上述类似，先升压观察下节避雷器的泄漏电流。若上节避雷器首先达到1000 μA，此时直流高压发生器输出电压即为上节避雷器的U1mA。此种情况需对下节避雷器进行电压补偿，补偿后可将下节避雷器两端的施加电压提升3 kV，当下节避雷器泄漏电流进入950~1050 μA 范围后，即使直流高压发生器继续微调升压，补偿装置将自适应降压，始终将下节避雷器泄漏电流限制在950~1050 μA。当下节避雷器电流为 1000 μA 时，直流高压发生器输出电压-补偿装置电压即为下节避雷器的U1mA。

另外，由于补偿装置的介入，在计算0.75 倍U1mA下的泄漏电流时，要考虑补偿装置此时的电压。当工作人员对直流高压发生器降压至0.75 倍U1mA时，补偿装置也需要降压至0.75 倍，此时的电流值才是正确的泄漏电流值。

通过避雷器补偿装置，可在不拆线开展避雷器试验时，根据泄漏电流大小，选择阻性或电压补偿方式开展试验，通过限制泄漏电流，自适应调节电压，有效解决了避雷器的U1mA难以测得的问题。

5 结语

避雷器作为电力系统中的重要设备，需要定期开展设备状态检测，保障设备及电网运行安全。依照相关规程，避雷器投运后需定期开展U1mA及0.75 倍U1mA下的泄漏电流试验。因避雷器一次引线较高、感应电压较大，拆除引线开展试验风险较高，现场往往采用不拆引线的方式开展试验。然而，避雷器不拆线试验容易受到瓷套表面脏污、避雷器老化程度不一、耦合阻容电路等多种因素影响，往往会造成某节避雷器U1mA难以测得的问题。以往现场人员会通过清洁瓷套、屏蔽外表面、串接电阻片的方法尝试解决，但是也存在高空作业风险较大、现场操作不便等问题。通过设计制作一套避雷器试验补偿装置，对避雷器进行自适应电压/阻性补偿，可将其泄漏电流始终限制在1000 μA 附近，从而在不拆线开展避雷器试验时，迅速找到上下两节避雷器的U1mA，降低了工作风险，减少了人力投入，提高了工作效率。对多节避雷器或多柱并联型避雷器，亦可设计相应补偿装置辅助开展试验，为避雷器不拆线试验提供了一套新的解决思路。