基于氧化锌避雷器带电测试的故障诊断分析

摘要：本文对氧化锌避雷器放电过程中采集的泄漏电流与泄漏电压数据进行谐波分析，并且进一步由频谱图分析避雷器参数，得到其基波电压电流的相位差，从而判定其性能优劣。通过分析比较，得到避雷器的性能判定指标，并为诊断其故障特征提供了拓展思路。

关键词：谐波分析电流谱分析氧化锌避雷器性能判定

1、引言

氧化锌避雷器是用氧化锌阀片叠装而成的，可以完全消除间隙。当施加较低电压时，晶界层近似绝缘，电压几乎都加在晶界层，流过的电流为微安级；当电压升高时，晶界层由高阻变为低阻，电流剧增。在交流电压下，避雷器全电流包含有功分量和无功分量，正常运行时，主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，但当阀片老化，避雷器受潮，内部绝缘老化等，阻性电流大增。在运行电压下，测量全电流，阻性电流可在一定程度上反映氧化锌避雷器运行。

2、实验数据采集

由上述理论为基础，进行实验采集数据。分别对三只氧化锌避雷器进行上电加压实验，可以得到电流基波与电压基波的相位差Φ，从而来判断氧化锌避雷器故障状态。

进行实验时，将仪器接地端与实验室地线连接，仪器“参考电压输入”通过红色电压测试线与变压器控制箱的输出端连接；避雷器上端接试验变压器的高压端，避雷器下端接仪器的“泄露电流输入”红夹子，“泄露电流输入”黑夹子接高压尾。得到如下实验数据。

表1―1 氧化锌避雷器带电测试实验数据

说明：U0：试验电压有效值 I3：总泄漏电流3次谐波峰值

Ix：总泄漏电流有效值 Irlp：阻性电流峰值

Ip：总泄漏电流峰值 Iclp：容性电流基波峰值

Φ1：基波电流超前基波电压相位差 P1：MOA基波功耗

3、由表格数据得到电流电压相位差φ判断避雷器的性能

由实验数据得，基波电流超前基波电压的相位差φ的实测值范围是84.52°～87.23°，达到83°以上，表明避雷器性能优秀。

表1―2 氧化锌避雷器性能判定依据表格

具体表现为，当电流基波与电压基波的相位差Φ小于75。时，表明氧化锌避雷器已经劣化，性能很差，应停电实验，测量1mA下电流参考电压及0.75倍电流参考电压下的泄露电流。根据停电结果来决定是否替换避雷器。当Φ大于75。时，认为其正常，可继续运行。

4、电流谐波分析与频谱分析

4.1电流谐波分析

对实验数据进行，调用cftool函数，对得到的电流离散数据进行曲线拟合。经过多次拟合，比较最后的拟合量度Goodness of fit，得到最佳拟合曲线：

图1―1 氧化锌避雷器带电测试泄漏电流波形

4.2频谱分析

由傅立叶变换进行谐波分析，得到如下频谱图：

图1―2 氧化锌避雷器带电测试泄漏电流频谱图

由此直观地得到相应的谐波幅值，得出结论:在含有的奇次谐波中,三次谐波含量最小。由资料可得，三次谐波的分量与非线性有关，非线性越强时， I3中系数越大，其三次谐波含量越多。进一步查阅资料可知，泄漏电流中含有的三次谐波Ir3是个特征量，能敏感地反映避雷器故障，可以利用其作为诊断指标。但是，电压谐波对泄漏电流及其阻性分量影响很大，尤其Ir3受影响最大；需要根据系数进行校正。

5、总结

氧化锌避雷器带电测试实验操作简单易行。通过运用MATLAB工具进行曲线拟合进而得到谐波分析，可以初步了解氧化锌避雷器内部结构，得出判定氧化锌避雷器性能优劣的方法，并且掌握氧化锌避雷器的故障特征和相应的故障诊断方法，对于避雷器的使用及防护有重要意义。

参考文献：

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