CN104007354B - 10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路和方法，即试验电路由并联的避雷器等效电容、避雷器绝缘电阻、电缆等效电容以及电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻串联后并联于电缆等效电容构成，试验直流电源与第二μА表串联后并联于避雷器等效电容两端，第一μА表连接电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻之间和接地端。本试验方法通过调整试验直流电源电压值，分别读取第一μА表和第二μА表电流值，完成电缆第一和第二级泄漏电流测量、避雷器1mΑ动作电压值测量以及75%的1mΑ动作电压值下的泄漏电流测量。本试验电路和方法结构简单，连线方便，无需拆除连接导线实施避雷器与电缆的整组试验，达到正确评判避雷器和电缆状态的目的。

Description

10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路和方法

技术领域

本发明涉及一种10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路和方法。

背景技术

目前10kV电压等级氧化锌避雷器和电缆在预防性试验中的测试项目虽然是完全相同的，但在氧化锌避雷器试验时如果不将回路中连接的高压电缆拆除，由于直流电压下电缆产生的直流泄漏电流叠加影响，此时就无法准确地读取氧化锌避雷器的直流泄漏电流值，从而也无法对其状态作出正确的评判；同样如此，在电缆试验时也无法准确地读取其直流泄漏电流值并对其进行状态评判。因此，现场实际在避雷器与电缆试验回路测试时，必须将相互之间的连接导线拆开分解后，单独地进行各自测试项目。这样一方面造成了试验测试时间长，影响连接导线的使用寿命；另一方面，10kV高压供电开关柜普遍采用组合式电器柜，内部空间小而紧凑，连接导线的拆装非常困难，不仅工作量大，而且也存在着潜在的不安全因素。

而对于220kV及以上氧化锌避雷器一般均有多级组成，由于安装时其底座对地均是绝缘的（需接入动作计数器），对于多级氧化锌避雷器而言，由于氧化锌避雷器的阀片是非线性电阻，正、反向加压通过的电流是一致的，因此在220kV及以上氧化锌避雷器的预防性试验中，普遍实现了不拆除连接导线或在线带电测量的方法。

长期以来，对于10kV及以下电压等级组合电气设备回路中的氧化锌避雷器试验，只能采用拆除连接导线进行单体试验的方法。因为10kV及以下电压等级的氧化锌避雷器，由于其底座对地均是非绝缘的，所以无法采用在氧化锌避雷器对地回路串入测量电流的μА表的方法来进行测量。同时，10kV及以下电压等级的氧化锌避雷器，由于回路中往往连接有其它的电气设备，如电缆、变压器、电机等，在试验电压的作用下它们会产生各自的泄漏电流，采用一般高压回路串入μА表的方法就无法区分不同设备的泄漏电流，从而难以对各类被试设备所需要的数据进行准确地测量。因此，要准确地进行单独测量，也必须要求拆除连接线进行单体试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路和方法，本试验电路结构简单，连线方便，便于实施避雷器与电缆的整组试验，本方法在不降低测试诊断准确性与可靠性的前提条件下，无需拆除连接导线实现整组试验，准确测量避雷器和电缆的各自试验数据，达到正确评判避雷器和电缆状态的目的。

为解决上述技术问题，本发明10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路包括避雷器等效电容、避雷器绝缘电阻、电缆等效电容、电缆主绝缘电阻、电缆护层绝缘电阻，所述避雷器等效电容和避雷器绝缘电阻并联连接，所述电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻串联后与所述电缆等效电容并联连接，所述避雷器等效电容、避雷器绝缘电阻和电缆等效电容并联连接并一端接地，本试验电路还包括试验直流电源、第一μА表和第二μА表，所述试验直流电源与第二μА表串联后试验直流电源正极连接所述避雷器等效电容接地端、第二μА表连接所述避雷器等效电容另一端，所述第一μА表连接所述电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻之间和接地端。

10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路的试验方法包括如下步骤：

步骤一、对避雷器和电缆进行单体绝缘电阻测试，绝缘电阻测试合格后按整组试验电路正确接线；

步骤二、将试验直流电源电压升到8kV，同时观察第二μА表指示有无突变现象，读取第一μА表的电流值，完成电缆第一级泄漏电流测量；

步骤三、将试验直流电源电压升到13kV，同时观察第二μА表指示有无突变现象，读取第一μА表的电流值，完成电缆第二级泄漏电流测量；

步骤四、将试验直流电源电压匀速上升，同时观察第一μА表指示有无突变现象，当第二μА表显示值达到1mΑ电流值时，读取试验直流电源电压值，完成避雷器1mΑ动作电压值测量；

步骤五、将试验直流电源电压匀速下降到75%避雷器1mΑ动作电压值，读取第二μА表的电流值，完成75%避雷器1mΑ动作电压值下的泄漏电流测量；

步骤六、将试验直流电源电压匀速下降到零，切断试验直流电源，完成避雷器与电缆的整组试验。

由于本发明10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路和方法采用了上述技术方案，即试验电路由并联的避雷器等效电容、避雷器绝缘电阻、电缆等效电容以及电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻串联后并联于电缆等效电容构成，试验直流电源与第二μА表串联后并联于避雷器等效电容两端，第一μА表连接电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻之间和接地端。本试验方法通过调整试验直流电源电压值，分别读取第一μА表和第二μА表电流值，完成电缆第一级和第二级泄漏电流测量、避雷器1mΑ动作电压值测量以及75%的1mΑ动作电压值下的泄漏电流测量。本试验电路结构简单，连线方便，便于实施避雷器与电缆的整组试验，本方法在不降低测试诊断准确性与可靠性的前提条件下，无需拆除连接导线实现整组试验，准确测量避雷器和电缆的各自试验数据，达到正确评判避雷器和电缆状态的目的。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路示意图；

图2为氧化锌避雷器的等效电路示意图；

图3为氧化锌避雷器在直流电压下绝缘的电压特性曲线图；

图4为电缆的等效电路示意图；

图5为电缆绝缘的电压特性曲线图。

具体实施方式

如图1所示，本发明10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路包括避雷器等效电容C₁、避雷器绝缘电阻R₃、电缆等效电容C₂、电缆主绝缘电阻R₁、电缆护层绝缘电阻R₂，所述避雷器等效电容C₁和避雷器绝缘电阻R₃并联连接，所述电缆主绝缘电阻R₁与电缆护层绝缘电阻R₂串联后与所述电缆等效电容C₂并联连接，所述避雷器等效电容C₁、避雷器绝缘电阻R₃和电缆等效电容C₂并联连接并一端接地，本试验电路还包括试验直流电源E、第一μА表μА1和第二μА表μА2，所述试验直流电源E与第二μА表μА2串联后试验直流电源E正极连接所述避雷器等效电容C₁接地端、第二μА表μА2连接所述避雷器等效电容C₁另一端，所述第一μА表μА1连接所述电缆主绝缘电阻R₁与电缆护层绝缘电阻R₂之间和接地端。

10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路的试验方法包括如下步骤：

步骤一、对避雷器和电缆进行单体绝缘电阻测试，绝缘电阻测试合格后按整组试验电路正确接线；

步骤二、将试验直流电源电压升到8kV，同时观察第二μА表指示有无突变现象，读取第一μА表的电流值，完成电缆第一级泄漏电流测量；

步骤三、将试验直流电源电压升到13kV，同时观察第二μА表指示有无突变现象，读取第一μА表的电流值，完成电缆第二级泄漏电流测量；

步骤四、将试验直流电源电压匀速上升，同时观察第一μА表指示有无突变现象，当第二μА表显示值达到1mΑ电流值时，读取试验直流电源电压值，完成避雷器1mΑ动作电压值测量；

步骤五、将试验直流电源电压匀速下降到75%避雷器1mΑ动作电压值，读取第二μА表的电流值，完成75%避雷器1mΑ动作电压值下的泄漏电流测量；

步骤六、将试验直流电源电压匀速下降到零，切断试验直流电源，完成避雷器与电缆的整组试验。

本试验电路和方法基于氧化锌避雷器和电缆试验项目相同的前提条件，充分利用氧化锌避雷器和电缆绝缘结构的特点，在整组试验的情况下，实现了在不同试验电压下能准确地读取各自的电流数据，不仅解决了氧化锌避雷器与电缆泄漏电流值无法单独采集难题，同时也克服了氧化锌避雷器和电缆定期校验的工作量大，且不利于拆装的问题。

氧化锌避雷器是目前最先进的过电压保护器之一，核心元件电阻片主要采用氧化锌配方制作，其等效电路如图2所示为并联的避雷器等效电容C₁和避雷器绝缘电阻R₃。氧化锌避雷器在直流电压下绝缘的电压特性曲线如图3所示，曲线1为避雷器绝缘性能良好，曲线2为绝缘受潮或动作性能异常，氧化锌避雷器在工作电压下相当于是绝缘体，其伏安特性可分为小电流区、非线性区和饱和区。避雷器在75%U1mA直流电压区为小电流区，在此区域内随着电压升高，电流将缓慢上升，流过避雷器的电流仅有微安级；当直流电压达到直流U1mA临界动作电压值时，避雷器进入非线性区，此时避雷器优异的非线性伏安特性发挥作用，流过避雷器的电流瞬间增大，避雷器处于导通状态，在此区域内电压稍有升高，电流将大幅度上升，释放过电压能量，从而有效地限制了对输变电设备的过压；当电流达到数千安培时，此时如果电压继续升高，电流上升缓慢，避雷器进入饱和区。

氧化锌避雷器绝缘电阻测量主要是检查是否进水受潮。预防性试验规程规定10kV及以下的氧化锌避雷器用2500V兆欧表测量，其绝缘电阻不低于1000MΩ。测量氧化锌避雷器的U_1mA和75%U_1mA直流下的泄漏电流主要是确定其动作性能是否符合要求，检查其阀片是否受潮。预防性试验规程规定了典型的电站和配电用的氧化锌避雷器其直流U_1mA临界动作电压的测量值并规定75%U_1mA直流下的泄漏电流值应不大于50μА。

电缆的等效电路如图4所示，其由串联的电缆主绝缘电阻R₁和电缆护层绝缘电阻R₂与电缆等效电容C₂构成；给电缆加上直流电压后，电缆绝缘的电压特性曲线如图5所示，曲线3为电缆绝缘性能良好，曲线4为电缆绝缘受潮，曲线5为电缆绝缘中有未贯通的集中性缺陷，曲线6为电缆绝缘有击穿的危险。测量电缆吸收电流和漏电流，根据漏电流的绝对值以及电压特性曲线的特异点等，来判断电缆是否发生老化。对电缆各线芯导体与屏蔽层间的绝缘电阻进行测定，主要是检查电缆主绝缘是否进水受潮或存在贯通性的缺陷；对电缆护层绝缘电阻进行测定，主要是检查电缆外护套是否破损。预防性试验规程规定10kV电缆用2500V兆欧表测量，其主绝缘电阻不低于2000MΩ，护层绝缘电阻不低于0.5MΩ；10kV电缆在直流8kV及13kV电压值下的泄漏电流值不应大于1μА。

在避雷器和电缆的整组试验中，反映最终的绝缘电阻为电缆主绝缘电阻R₁和氧化锌避雷器绝缘电阻R₃的并联电阻值，在电缆主绝缘电阻R₁测量时，通常将电缆护层屏蔽线直接接地，此时等效于将R₂电阻短路。在正常情况下用2500V兆欧表单独测量10kV氧化锌避雷器和电缆单体绝缘电阻时，它们的绝缘电阻值均可达到50000MΩ以上，因此氧化锌避雷器与电缆在绝缘电阻判断的标准上无差异。

电缆的绝缘由主绝缘和护层绝缘二部分组成，而电缆的泄漏电流主要是测量电缆主绝缘的电流。由于电缆护层的绝缘电阻在0.5MΩ以上，电缆护层屏蔽线是通过金属导线经过绝缘处理引出后再接地的，如果将电缆主绝缘泄漏电流测量的μА表串入护层屏蔽线接地回路中，由于μА表的内阻很小，一般其电阻值只有几个欧姆，因此电缆的泄漏电流在电缆护层绝缘电阻上的分流影响完全可忽略不计。因此如图1所示，电缆主绝缘的泄漏电流值I1可通过μА1表直接单独测量，氧化锌避雷器的75%的直流1mΑ动作电压值下的泄漏电流及1mΑ动作电压值测量可通过μА2表单独测量。整个主回路中的泄漏电流I2等于电缆主绝缘的泄漏电流I1和氧化锌避雷器泄漏电流I3之和。

即I2 = I1 +I3

电缆主绝缘的泄漏电流值I1可通过μА1表直接单独测量。由于主回路中的泄漏电流I2能很方便地通过串入试验直流电源回路中的μА2表直接进行测量，因此氧化锌避雷器泄漏电流I3=I2-I1，由此得到避雷器和电缆整组试验的方法。

利用本电路和方法进行试验时应注意电缆护层的绝缘电阻在0.1MΩ以下时，必须拆除连接导线进行分解测量；如果出现绝缘电阻值小于2000MΩ时，必须拆除连接导线进行分解测量；在电缆泄漏电流测量升压过程中，如果μА1表的电流值没有超过1μА时出现了μА2表的电流值不按比例上升或泄漏电流超过50μА时，应停止整组升压试验，必须拆线分解单独测量；在氧化锌避雷器直流1mΑ动作电压值测量升压过程中，如果出现μА1表的电流值不按比例上升或泄漏电流超过10μА时，应停止整组升压试验，必须拆线分解单独测量。

采用本电路和方法的主要优点是原理简单安全、易操作、抗干扰好、对氧化锌避雷器和电缆主绝缘无破坏性，有效地缩短了试验作业与停电时间，降低了作业劳动强度，提高了试验作业和设备运行的安全性。

本氧化锌避雷器和电缆整组试验电路和方法经实际应用，通过拆线和整组试验测量数据的比较分析，整组试验测量完全能满足测量精度要求，取得了良好的实际效果。

Claims (2)

1.一种10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路，包括避雷器等效电容、避雷器绝缘电阻、电缆等效电容、电缆主绝缘电阻、电缆护层绝缘电阻，所述避雷器等效电容和避雷器绝缘电阻并联连接，所述电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻串联后与所述电缆等效电容并联连接，所述避雷器等效电容、避雷器绝缘电阻和电缆等效电容并联连接并一端接地，其特征在于：本试验电路还包括试验直流电源、第一μА表和第二μА表，所述试验直流电源与第二μА表串联后试验直流电源正极连接所述避雷器等效电容接地端、第二μА表连接所述避雷器等效电容另一端，所述第一μА表连接所述电缆主绝缘电阻与电缆护层绝缘电阻之间和接地端。

2.根据权利要求1所述10kV氧化锌避雷器与电缆的整组试验电路的试验方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、对避雷器和电缆进行单体绝缘电阻测试，绝缘电阻测试合格后按整组试验电路正确接线；

步骤二、将试验直流电源电压升到8kV，同时观察第二μА表指示有无突变现象，读取第一μА表的电流值，完成电缆第一级泄漏电流测量；

步骤三、将试验直流电源电压升到13kV，同时观察第二μА表指示有无突变现象，读取第一μА表的电流值，完成电缆第二级泄漏电流测量；

步骤四、将试验直流电源电压匀速上升，同时观察第一μА表指示有无突变现象，当第二μА表显示值达到1mΑ电流值时，读取试验直流电源电压值，完成避雷器1mΑ动作电压值测量；

步骤五、将试验直流电源电压匀速下降到75%避雷器1mΑ动作电压值，读取第二μА表的电流值，完成75%避雷器1mΑ动作电压值下的泄漏电流测量；

步骤六、将试验直流电源电压匀速下降到零，切断试验直流电源，完成避雷器与电缆的整组试验。