变频串联谐振在避雷器持续电流测试中的应用

变频串联谐振在避雷器持续电流测试中的应用

张伟明  方绵绵  刘友成  王锦永

广州粤能电力科技开发有限公司  广东广州   510000

摘要：避雷器是用于保护设备免受过电压的损害的设备，其持续电流大小对于判断其性能好坏有重大的参考意义。本文讲述了交接试验时，变频串联谐振在测量其持续电流中的应用。

关键词：串联谐振 避雷器 持续电流

1 避雷器的作用

避雷器是用于保护相应电压等级的交流电气设备免受雷电过电压以及操作过电压时受到损害的保护用设备，具有优异的非线性伏安特性。当在正常运行电压下时，避雷器处于高阻绝缘状态，当受到雷电过电压或者操作过电压时，避雷器处于低阻状态，迅速泄放冲击电流，使与之并联的电气设备的电压限制在规定值内，以保证电气设备的安全运行。

   2 避雷器的持续电流测试

避雷器的持续电流，指的其在持续运行电压下通过的电流，是避雷器运行工况的重要参数。由于可以将避雷器看作是由电阻和电容组成的并联电路，因此其持续电流由阻性和容性电流分量组成，当正常运行时，其中容性电流占绝大部分，阻性电流只占其中的很少一部分。当避雷器内部受潮或者老化时，容性电流几乎不增加，但阻性电流会增大，会导致热效应加剧，加快电阻片的老化，最终会导致绝缘击穿。因此，在投运前对于避雷器进行持续电流测试，对于考核避雷器性能的好坏，有至关重要的作用。

在GB50150-2016《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》中对于避雷器有规定，不带均压电容器的无间隙金属氧化物避雷器，以下两项可以选做其中一项：

（1）测量金属氧化物避雷器的工频参考电压和持续电流；

（2）测量金属氧化物避雷器直流参考电压和0.75倍直流参考电压下的泄漏电流。

对于敞开式避雷器，以上两项都具备试验条件，通常优先选第二项，因为其更易于实施。对于SF6气体绝缘的罐式避雷器，由于结构原因，第二项通常不具备试验条件，因此第一项为必做项目。虽然按照交接标准中的规定，敞开式避雷器可以只选做第一项，但是由于其需要停电，而这在生产中往往并不容易实现，因此在运行时，带电测试实施得更多，为了有参考对比，在交接试验中，即使是敞开式避雷器也越来越多地同时进行第二项的试验，而不仅仅只是进行第一项。

3 避雷器持续电流测试的实施

在交接试验时对避雷器进行持续电流测试，需要人为对其施加持续运行电压，通常有两种方式：工频加压及变频串联谐振加压。

工频加压能够产生50Hz的工频电压，需要使用工频试验变压器或者通过可调电抗器来调节电感使试验回路达到50Hz谐振产生试验所需电压。对于需要输出高电压的时候，此两者一般设备较大，现场较少使用。

在《GB11032-2020 交流无间隙金属氧化锌避雷器》中规定，工频电压试验的电压频率在48Hz和62Hz之间，以及避雷器在此频率下应能正常运行，因此可以使用变频串联谐振来产生所需电压。

串联谐振中，回路频率为1/(2π√LC)，可知当电感不变，可以通过改变电容的大小来使频率发生变化。

对于敞开式的升压站，避雷器旁边一般会装设有CVT（电容式电压互感器），其本身就是一个电容，可以利用来作为试验回路的补偿电容，并辅以适当大小的电容器来使试验频率调至规定的范围内。由于CVT本身的结构原因，110kV的CVT通常只有一节，此方法只适用于220kV及以上电压等级。以220kV的CVT为例，其通常由两节组成，上节电容工频耐受电压为230kV，而同电压等级的避雷器的持续运行电压为160kV左右，因此，试验过程不会对CVT造成损坏。

对于GIS式升压站，同样电压等级的GIS其工频耐受电压比其避雷器的持续运行电压高得多，可以利用GIS本身的电容来作为补偿，通过带上不同数量的间隔使之满足试验频率要求。如果GIS间隔数量过少，全部补偿仍不满足试验频率要求，再补偿适当大小的电容器。

4 实例

4.1 敞开式升压站避雷器

某220kV户外升压站，CVT上节电容量为10nF，避雷器型号为Y10W-204/532W，其持续运行电压为159kV，全电流与阻性电流要求值分别为不大于1.7mA及0.44mA。试验电抗器电感为200H共两节，电容分压器电容量为1500pF，使用两个CVT的上节作为补偿共20nF，最终试验频率为53.48Hz，满足试验要求，测试数据如下。

4.2 GIS升压站避雷器

某500kV GIS升压站，避雷器型号为Y20WF2-420/1006，其持续运行电压为318kV，全电流与阻性电流要求值分别为不大于1.8mA及0.4mA。试验电抗器电感为80H共三节，电容分压器电容量为1500pF,通过利用GIS本身电容量来做补偿，最终试验频率在49Hz至53Hz之间，满足试验要求，测试数据如下。

从以上实例数据可以看出，当试验频率一致时，避雷器的全电流较稳定，随着频率升高，由于全电流中容性电流占比大，所以全电流会呈上升趋势，当频率到达62Hz时，根据拟合趋势曲线，全电流会上升到1.309mA，相比50Hz下的测试数据增大约23%。阻性电流与频率没有显著的必然关系，在较稳定的范围内会有一定的波动，频率53Hz下的测试数据与50Hz下的测试数据并没有明显的变化。由于阻性电流是判断避雷器性能好坏的主要依据，其在各个频率下的测试数据都比较稳定，所以在利用变频串联谐振试验时，只需把试验频率控制在规定范围内即可满足试验的要求。

5 结论

本文介绍了通过变频串联谐振在避雷器持续运行电流测试中的应用。因为阻性电流是判断避雷器性能好坏的主要依据，即使全电流会随着频率的增大而增大，但阻性电流较稳定，只要通过合理利用升压站设备本身的电容量以及适当大小的电容器来补偿将试验频率控制在规定的范围内，即可满足试验要求。