胡锡幸，鲍巧敏，华盛继

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009）

基于温度补偿的金属氧化物避雷器带电检测技术研究

胡锡幸，鲍巧敏，华盛继

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009）

利用温度控制箱搭建了金属氧化物避雷器模拟运行工况下的运行中持续电流测试平台；比较了温度对运行中持续电流测试结果的影响，发现温度从20℃上升到46℃，阻性初值差变化超过45%；最后通过拟合测试数据，提出了基于温度补偿的金属氧化物避雷器带电测试方法，明显提高了现场检测准确性。

金属氧化避雷器；带电检测；测试平台；温度校正

0 引言

金属氧化物避雷器（metal oxide arrester）以其优异的非线性、大通流能力成为电力系统过电压保护的主要装置[1-2]。

工频下金属氧化物避雷器可以等效为电容和非线性电阻的并联，避雷器运行工况下的持续电流由阻性分量和容性分量两部分组成[3-4]。文献[4]指出引起避雷器故障的主要因素为阀体受潮，文献[5]指出阀体受潮可以通过检测阻性电流分量来判断。另外文献[6]指出随着温度的升高，高梯度氧化锌电阻片的电压-电流特性曲线拐点逐渐向前移动，尤其当温度超过50℃时，高梯度氧化锌电阻片的负温度系数绝对值增大，这对避雷器运行的热稳定性会产生不利影响。目前，避雷器阻性电流现场测试结果容易受环境温湿度影响；对于湿度，可通过设置避雷器表面泄漏电流屏蔽线来避免；环境温度会直接影响避雷器的散热，进而对避雷器运行产生不利影响，而避雷器温度对持续电流的影响，暂无校正措施。

为此有必要利用温度控制箱搭建金属氧化物避雷器模拟运行工况下的运行中持续电流测试平台，比较温度对运行中持续电流测试结果的影响，通过拟合测试数据，提出金属氧化物避雷器温度补偿修。

1 现场运行工况模拟

如图1所示，取110 kV金属氧化物避雷器1片阀片放入温控箱内，温控箱内部伸出两个套管。

套管1通过限流电阻R1与试验变压器T2高压端相连，另外一个套管2与试验变压器T2接地端相连。图1中，通过调压源T1和试验变压器T2实现阀片两端电压的调节，C1和C2是电容分压器，用于获得阀片两端的电压信号，T3是电流互感器，用于获取阀片的泄漏电流。M1是阻性电流测试仪，通过采集电容分压器和电流互感器T3的电压、电流信号，来获得避雷器的阻性电流。测试过程中，温控箱内部环境温度能在常温和50℃之间任意调节，且具有温度恒定功能。

图1 现场运行工况模拟Fig.1 The simulation of scene operating conditions

2 运行中持续电流测试

对于110 kV金属氧化物避雷器，其内部阀片数约为27片，正常工作时避雷器的额定电压满足式（1），每片阀片对应的额定电压满足式（2）。

考虑到温控箱的绝缘间隙和加压装置的功率，温控箱内放置1片氧化锌阀片，其两端电压固定在2.35 kV，通过温控箱调节环境温度，可以得到避雷器运行中持续电流（泄漏电流）及其阻性分量（阻性电流）与环境的对应关系如表1、2所示。

从表1、表2可以看出，随着温度的增加，阀片的泄漏电流和阻性电流都有所增大，且对于阻性电流，当温度达到29℃后，其阻性电流的绝对值均超过 50 μA。

将不同温度下的泄漏电流和阻性电流测试结果与常温下（20℃）数据进行初值差比较，满足：

式（3）中，Ix0、Ixt和 I′xt分别表示泄漏电流初值、环境温度为t℃时的泄漏电流和泄漏电流初值差，其中泄漏电流初值为t=20℃时的泄漏电流测试数据。式（4）中，Ir1p0、Ir1pt和 I′r1pt分别表示阻性电流初值、环境温度为t℃时的阻性电流和阻性电流初值差。具体结果如图2、3所示。

表1 泄漏电流随温度变化规律Table 1 The variation between temperature and leakage current

表2 阻性电流随温度变化规律Table 2 The variation between temperature and resistive current

图2 和泄漏电流随温度变化规律Fig.2 The variation between temperature and leakage current

从图2可以看到，由于泄漏电流初值数据较大，不同环境温度对应的初值差基本上都小于5%，温度对泄漏电流的影响基本可以忽略不计。

图3是阻性电流初值差随环境温度变化规律，可以看到环境温度从20℃上升到46℃，其阻性电流初值差从上升到45%。

国家浙江省电力公司基于带电检测数据的设备评价导则明确了金属氧化物避雷器阻性电流与扣分值的对应关系，详见图4。

图3 阻性电流初值差随温度变化规律Fig.3 The variation between temperature and resistive current

图4 阻性电流与扣分量的对应关系Fig.4 The variation between resistive current and deduction amount

可以看到当初值差接近50%时，避雷器开始扣分，图3测试结果表明温度对初值差的影响接近46%，基于此，为使评价结果更符合设备运行实际，有必要对不同温度下的阻性电流测试结果进行修正。

3 测试结果修正

3.1 测试数据拟合

利用多项式模型对温度和阻性电流进行拟合，其中目标函数满足：

假设第i个数据点的值Ir1pt和相应拟合值之间的差值为残差ri，并定义残差ri的范数W为

可以看出，W越小，其拟合效果就越好。对于阀片1，1阶至3阶的范数如表3所示。

由表3可以看到，2阶拟合效果最好，对于阀片1、2、3，其系数取值如表 4 所示。

图5是不同阀片拟合曲线与阻性电流实际测试结果，可以看到基本拟合曲线与实测数据基本吻合。

表3 各阶范数Table 3 A

表4 不同阀片对应的a1、a2和a3值Table 4 The value of a1，a2and a3for different Arrester valves

图5 拟合曲线与实测数据对比Fig.5 The comparison between measured data and fitting curve

3.2 基于拟合结果的修正

对不同温度下的阻性电流测试结果进行修正，满足：

式（7）中，Ir1p（T）是温度 T 时的阻性电流。 I′r1p（t）是修正到温度为t后的阻性电流，k（T）是温度折算系数，其在20℃～46℃区间内的阻性电流修正系数，满足：

式（8）中t是20℃～46℃区间的任一初始温度，T是20 ℃～46 ℃区间内的任一温度。 系数 ki（i＝1、2、3）为

Σai是不同阀片对应的多项式拟合系数和，将表4和式（9）计算结果带入式（8），得到：

将式（7）和（10）的计算结果对阀片 1、2 和 3 的阻性电流进行初始温度t=20℃下的修正，可以得到阻性电流数值和初值差随温度变化规律，详见图6、图7。从图6和图7可以看到，修正后的阻性电流基本排除了温度的影响，其中初值差最大值从修正前的45%下降到4%。满足现场评价要求。

图6 修正后阻性电流随温度变化规律Fig.6 Amended resistive current variation with temperature

图7 修正后阻性电流初值差随温度变化规律Fig.7 Amended resistive current variation with temperature difference between the initial value

4 结论

对避雷器阻性电流测试结果进行温度修正，修正后的阻性电流数值基本上排除了现场温度的影响，满足现场评价要求。

[1]段大鹏，江秀臣，孙才新，等.基于正交分解的MOA泄漏电流有功分量提取方法[J].电工技术学报，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]谢鹏，张国栋.金属氧化物避雷器试验测试方法的发展及应用[J].电瓷避雷器，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，文远芳，龚李伟.不同介质中MOV小电流特性的比较[J].电瓷避雷器，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]郑健，张国庆，田悦新，等.氧化锌避雷器在线监测技术综述[J].继电器，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]张金波，范梅荣，王俊，等.金属氧化物避雷器阻性泄漏电流无线检测方法的设计[J].高压电器，2006，42（1）:1-3，7.ZHANG Jinbo，FAN 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]马勍，石莉敏.高梯度氧化锌电阻片小电流区域温度特性研究[J].电瓷避雷器，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

胡锡幸 （1982—），女，工程师，博士研究生，从事输变电设备带电检测和状态检修研究。