CN114325176B - 一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，属于避雷器性能测试技术领域，包括：利用热蒸汽使样品电阻阀片受潮，根据放置于蒸汽中的时间不同模拟不同的受潮程度；受潮后的样品置于室温使其充分降温，并擦干表面的水分；使用电子天平测量受潮前后的质量，以质量的改变大小来具体衡量受潮的程度；将受潮之后的电阻阀片在恒温135°的条件下，进行模拟老化实验，加压持续时间为16h，对受潮老化后的电阻阀片进行直流伏安特性、介电响应参数的测试；根据直流伏安特性曲线和介电响应参数，分析受潮老化程度D。本发明提出一种电阻阀片受潮老化的定量性能评估方法，能帮助运行人员及时发现故障缺陷征兆并提前采取相应措施。

Description

一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法

技术领域

本发明涉及氧化锌避雷器性能测试技术领域，具体是一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法。

背景技术

目前，氧化锌避雷器(MOA)已经成为电力系统中使用最广泛的过电压保护设备。从结构上看氧化锌避雷器对比于阀型避雷器，其内部没有串联间隙，只有氧化锌电阻阀片，该电阻阀片具有优异的非线性伏安特性、通流容量大、无续流、动作时延短和残压低等优点。氧化锌避雷器在运行过程中不仅要遭受雷电过电压和操作过电压的威胁，还要受到外部环境因素的影响，如高温、高湿、污秽污染等。随着运行时间的增加，氧化锌避雷器会出现劣化现象，根据统计，在损坏的避雷器中，大约25％的避雷器有长期承受电压所导致的老化现象，受潮事故占避雷器总事故率的60％～70％以上。避雷器的老化受潮不仅会对邻近设备失去保护作用，从而威胁电力系统的正常安全运行，更有可能造成周边工作人员的伤亡。因此，为了保证电力系统安全运行，对避雷器的老化、受潮状况进行有效评估对于电网的安全运行尤为重要，其能帮助运行人员及时发现故障缺陷征兆并提前采取相应措施。

目前，国内外研究人员高度关注避雷器的绝缘状态评估这一研究方向，围绕着氧化锌避雷器的绝缘状态评估方法展开了大量的实验和研究工作，也提出了多种氧化锌避雷器状态检测的方法，大力地推动了这一研究领域的发展。关于氧化锌避雷器老化受潮状态的传统评价方法在国标《GB11032-2010交流无间隙金属氧化物避雷器》中有所描述，主要包括对避雷器的直流1mA电压U_1mA、0.75倍U_1mA下的电流、绝缘电阻、持续运行电压以及交流参考电压的测量等等，另外还需要借助于外观积污、破损情况的观察来一同判断。

虽然这些方法能够在一定程度上帮助运行人员判断避雷器的绝缘状态，但是这些方法所测的参数往往存在拐点，也就是说，只有当避雷器劣化到一定程度以后，这些参数才会发生显著地变化，而在这个拐点之前的测量值都符合相关测试标准的要求，这就给测量结果的分析带来了困难。另外，现行判断标准还处于定性阶段，只能判断避雷器合格与否，不能直接判断避雷器劣化的程度，这对于电力系统的安全稳定运行显然是存在风险的。

公布号为CN 112904118 A的专利文献公开了一种避雷器阀片热老化评估系统及方法，系统包括：工频热电源，被配置为输出电流以将避雷器阀片加热至标准温度。加温室，被配置为响应中央处理器多个温度调节指令，依次调节至设定温度。电流测量探头，被配置为响应中央处理器的测量指令，依次测量设定温度对应的泄漏电流。多重雷击发生器，被配置为响应中央处理器的启动指令，向避雷器阀片输入多重雷击波形。加温室还被配置为再次响应温度调节指令，依次调节至设定温度。电流测量探头还被配置为再次响应测量指令，依次测量避雷器阀片在多重雷击波形作用后，设定温度对应的泄漏电流。中央处理器还被配置为根据泄漏电流及设定温度，计算泄漏电流温控畸变因子，得到的判断结果更具准确性。但是，该发明不能对避雷器电阻阀片进行受潮老化的定量评估，无法解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，模拟阀片电阻在受潮以后还承受正常工作电压，甚至过电压的作用，使其继续发生老化，在这样的情况下测出它的一些性能参数，得出一种定量的评估方法，为现场的测量评估提供参考。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，包括以下步骤：

步骤1：利用热蒸汽使样品电阻阀片受潮，根据放置于蒸汽中的时间不同模拟不同的受潮程度；

步骤2：受潮后的样品置于室温使其充分降温，并擦干表面的水分；

步骤3；使用电子天平测量受潮前后的质量，以质量的改变大小来具体衡量受潮的程度；

步骤4：将受潮之后的电阻阀片在恒温135°的条件下，进行模拟老化实验，加压持续时间为16h，这里所加的实验电压为：

其中，S为荷电率，U_1mA为直流1mA电压；

步骤5：对受潮老化后的电阻阀片进行直流伏安特性、介电响应参数的测试；

步骤6：根据步骤5中得到的直流伏安特性曲线和介电响应参数，分析受潮老化程度D。

进一步地，步骤5中，介电响应参数包括复介电常数的实部和虚部以及介质损耗角正切。

进一步地，步骤6中，分析受潮老化程度D的方法为：

S1：根据步骤5中测量电阻阀片的直流伏安特性曲线，计算出等效电阻R；

S2：由软件拟合求出lgI-lgR的拟合函数，计算非线性系数均值

lgR＝k₁+k₂lgI+k₃(lgI)²

α_i＝k₃lgI+k₂+1

其中，k₁、k₂、k₃是表征避雷器电阻阀片伏安特性曲线的三个常数，α_i为改进的非线性系数，是电流I的函数；

S3：根据曲线变化关系，通过曲线拟合，得出受潮老化程度D与非线性系数均值的关系为：/>

得出受潮老化程度D与复介电常数实部变化率m的关系为：D＝-21-119m。

进一步地，步骤5中，电阻阀片直流伏安特性测试时，电阻阀片置于恒温箱内，直流电压发生器、保护电阻、电阻阀片和电流表串联，电阻分压器与电阻阀片并联，示波器与电阻分压器连接。

进一步地，步骤5中，电阻阀片介电响应参数测试时，电阻阀片置于恒温箱内，介电响应分析仪的两个接线端分别连接在电阻阀片两侧。

进一步地，受潮老化程度D值可将阀片电阻为新的时候测试值作为参考值，若在运行过程中测试发现其值越低，说明阀片电阻性能越差。

本行业的现有技术人员在对避雷器电阻阀片的老化性能进行评估时，由于避雷器阀片老化后会发热，通常想到的是根据发热情况来进行性能评估，如公布号为CN112904118 A的专利文献公开的一种避雷器阀片热老化评估系统及方法，该系统通过控制加温室，依次调节至设定温度，使用电流测量探头依次测量设定温度对应的泄漏电流，然后通过多重雷击发生器，向避雷器阀片输入多重雷击波形，加温室再次响应温度调节指令，依次调节至设定温度，电流测量探头再次响应测量指令，依次测量避雷器阀片在多重雷击波形作用后，设定温度对应的泄漏电流。中央处理器根据泄漏电流及设定温度，计算泄漏电流温控畸变因子，得到的判断结果。又如公布号为CN 107860986 A专利文献公开的一种氧化锌避雷器老化评估方法，该方法包括：(1)搭建包括施加在氧化锌避雷器上的交流高压试验电源、连接在实验回路中的阻容分压器、安装在回路接地引线上的高速数据采集卡即与高速数据采集卡连接的个人电脑；(2)在氧化锌避雷器的高压和接地端子间施加交流电压，使避雷器工作在正常运行状态，在接地引线上采集泄漏电流；(3)根据泄漏电流与所施加交流电压间的相位关系，分离出阻性电流；(4)在个人电脑上计算出阻性电流及全电流的平均值，计算出阻性电流与全电流之间的比值A进行评价。由此可知，本行业的技术人员根据模拟发热和雷击，进行避雷器阀片老化性能评估的，现有技术中没有针对电阻阀片受潮老化进行定量评估，因此，本申请通过模拟受潮老化，并对受潮老化后的电阻阀片进行伏安特性和介电响应参数试验，通过线性拟合，实现受潮老化程度的定量分析，由此，本申请的技术方案对本领域技术人员来说是不容易想到和实现的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，首先现场的氧化锌避雷器常常是在电阻阀片受潮后还要承受工作电压，甚至是过电压的作用，所以本发明在实验方案的设计上更接近于实际的运行工况，包括对氧化锌避雷器的电阻阀片先进行受潮的模拟实验，使试品充分受潮的基础上再做老化的模拟实验。其次，在完成受潮老化的模拟后测出在这种情况下样品的直流伏安特性、介电响应等参数，通过对这些参数的综合分析，得出具有通用性的评估方法，为现场工作人员及时发现故障缺陷并采取措施提供必要的参考。

本发明通过对氧化锌电阻阀片进行受潮老化的模拟实验，更接近于实际的运行工况，实验测出的各种参数综合分析得到的定量评估方法更具有实际的指导意义，有利于电力系统的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施例1中分析受潮老化程度D的方法流程图；

图2是本发明实施例1中不同受潮老化情况下电阻阀片的伏安特性曲线图；

图3是本发明实施例1中不同受潮老化情况下电阻阀片的复介电常数实部曲线；

图4是本发明实施例2中电阻阀片直流伏安特性测试电路图；

图5是本发明实施例2中电阻阀片介电响应参数测试电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，包括以下步骤：

步骤1：利用热蒸汽使样品电阻阀片受潮，将样品架于沸水之上，利用沸水产生的水蒸汽使样品受潮，根据放置于蒸汽中的时间不同模拟不同的受潮程度；

步骤2：受潮后的样品置于室温使其充分降温，并擦干表面的水分；

步骤3；使用电子天平测量受潮前后的质量，以质量的改变大小来具体衡量受潮的程度；

步骤4：将受潮之后的电阻阀片在恒温135°的条件下，进行模拟老化实验，加压持续时间为16h，这里所加的实验电压为：

其中，S为荷电率，U_1mA为直流1mA电压；

步骤5：对受潮老化后的电阻阀片进行直流伏安特性、介电响应参数的测试；介电响应参数包括复介电常数的实部和虚部以及介质损耗角正切；

步骤6：根据步骤5中得到的直流伏安特性曲线和介电响应参数，分析受潮老化程度D，分析方法如图1所示：

S1：根据步骤5中测量电阻阀片的直流伏安特性曲线，计算出等效电阻R；

S2：由软件拟合求出lgI-lgR的拟合函数，计算非线性系数均值

lgR＝k₁+k₂lgI+k₃(lgI)²

α_i＝k₃lgI+k₂+1

其中，k₁、k₂、k₃是表征避雷器电阻阀片伏安特性曲线的三个常数，α_i为改进的非线性系数，是电流I的函数；

S3：根据曲线变化关系，通过曲线拟合，得出受潮老化程度D与非线性系数均值的关系为：/>

同时根据测曲线变化，采用拟合的方法还可得出受潮老化程度D与复介电常数实部变化率m的关系为：D＝-21-119m。

具体实验过程如下：

将五个电阻阀片样品分别经过未受潮未老化、受潮1天老化、受潮3天老化、受潮5天老化、受潮7天老化后，进行直流伏安特性、介电响应参数的测试，得到拟合参数与受潮老化情况对应关系，如表1所示。

表1：拟合参数与受潮老化情况对应表

得到不同受潮老化情况下电阻阀片的伏安特性曲线，如图2所示。

得到不同受潮老化情况下电阻阀片的复介电常数实部曲线，如图3所示。

实验结果分析

1、测量直流伏安特性得出，随着受潮老化程度的增加，在小电流区的泄漏电流增加明显，在大电流区U_1mA下降明显，同时非线性度也有所下降。其中，小电流区的电流范围为小于10^-4A·cm^-2，大电流区的电流范围为大于10^-3A·cm^-2。

2、测量介电响应参数得出，随着受潮老化程度的增加，介电常数实部出现明显下降。

实施例2

一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，包括以下步骤：

步骤1：利用热蒸汽使样品电阻阀片受潮，具体可以使用一个压力锅，将样品架于沸水之上，利用沸水产生的水蒸汽使样品受潮，根据放置于蒸汽中的时间不同模拟不同的受潮程度；

步骤2：受潮后的样品置于室温使其充分降温，并擦干表面的水分；

步骤3；使用电子天平测量受潮前后的质量，以质量的改变大小来具体衡量受潮的程度；

步骤4：将受潮之后的电阻阀片在恒温135°的条件下，进行模拟老化实验，加压持续时间为16h，这里所加的实验电压为：

其中，S为荷电率，U_1mA为直流1mA电压；

步骤5：对受潮老化后的电阻阀片进行直流伏安特性、介电响应参数的测试；介电响应参数包括复介电常数的实部和虚部以及介质损耗角正切；

步骤6：根据步骤5中得到的直流伏安特性曲线和介电响应参数，分析受潮老化程度D，分析方法同实施例1，不再赘述。

本发明实施例的氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，与实施例1的不同之处在于：

如图4、图5所示，步骤5中，电阻阀片直流伏安特性测试时，电阻阀片置于恒温箱内，直流电压发生器、保护电阻、电阻阀片和电流表串联，电阻分压器与电阻阀片并联，示波器与电阻分压器连接；

电阻阀片介电响应参数测试时，电阻阀片置于恒温箱内，介电响应分析仪的两个接线端分别连接在电阻阀片两侧，同时电阻阀片接地。

实施例3

本发明实施例为氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法的应用：

在氧化锌避雷器电阻阀片实际检测过程中，受潮老化程度D值可将电阻阀片为新的时候测试值作为参考值，若在运行过程中测试发现其值越低，说明电阻阀片性能越差。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用热蒸汽使样品电阻阀片受潮，根据放置于蒸汽中的时间不同模拟不同的受潮程度；

步骤2：受潮后的样品置于室温使其充分降温，并擦干表面的水分；

步骤3；使用电子天平测量受潮前后的质量，以质量的改变大小来具体衡量受潮的程度；

步骤4：将受潮之后的电阻阀片在恒温135°的条件下，进行模拟老化实验，加压持续时间为16h，这里所加的实验电压为：

，

其中，S为荷电率，U_1mA为直流1mA电压；

步骤5：对受潮老化后的电阻阀片进行直流伏安特性、介电响应参数的测试；

步骤6：根据步骤5中得到的直流伏安特性曲线和介电响应参数，分析受潮老化程度D；

步骤5中，介电响应参数包括复介电常数的实部和虚部以及介质损耗角正切；

步骤6中，分析受潮老化程度D的方法为：

S1：根据步骤5中测量电阻阀片的直流伏安特性曲线，计算出等效电阻R；

S2：由软件拟合求出lgI-lgR的拟合函数，计算非线性系数均值：

，

其中，k₁、k₂、k₃是表征避雷器电阻阀片伏安特性曲线的三个常数，α_i为改进的非线性系数，是电流I的函数；

S3：根据曲线变化关系，通过曲线拟合，得出受潮老化程度D与非线性系数均值的关系为：，

得出受潮老化程度D与复介电常数实部变化率m的关系为：。

2.如权利要求1所述的氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，其特征在于：步骤5中，电阻阀片直流伏安特性测试时，电阻阀片置于恒温箱内，直流电压发生器、保护电阻、电阻阀片和电流表串联，电阻分压器与电阻阀片并联，示波器与电阻分压器连接。

3.如权利要求1所述的氧化锌避雷器电阻阀片受潮老化的性能评估方法，其特征在于：步骤5中，电阻阀片介电响应参数测试时，电阻阀片置于恒温箱内，介电响应分析仪的两个接线端分别连接在电阻阀片两侧。