淺談氧化鋅避雷器在線監(jiān)測的方法

程洋

【摘 要】氧化鋅避雷器是保護(hù)高壓交流電氣設(shè)備、線路免受雷電過電壓和操作過電壓損害的重要保護(hù)設(shè)備。由于在使用中保護(hù)性能會逐漸劣（老）化，嚴(yán)重影響其保護(hù)性能，所以對其進(jìn)行在線監(jiān)測十分必要。本文首先闡述氧化鋅避雷器在線監(jiān)測的意義，然后列舉了目前國內(nèi)外對氧化鋅避雷器進(jìn)行在線監(jiān)測的常用方法，對各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場景進(jìn)行分析和比較。

【關(guān)鍵詞】MOA；總泄漏電流法；補(bǔ)償測阻性電流；三次諧波法

氧化鋅避雷器（MOA）主要由ZnO閥片、壓力釋放裝置、瓷套等組成。ZnO閥片以ZnO為主體，添加少量其它金屬氧化物，是在以上的高溫下燒結(jié)而成的電阻。ZnO閥片比傳統(tǒng)的碳化硅閥片具有更加優(yōu)良的非線性特性，在正常工作電壓下接近絕緣狀態(tài)，可不需要串聯(lián)間隙將電源與閥片隔開，故可以制成無間隙氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器以其保護(hù)特性好、通流容量大、動作可靠及維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，成為保護(hù)交流電氣設(shè)備免受雷電過電壓和操作過電壓損害的重要設(shè)備。然而長期遭受天氣、溫度、雷擊、操作過電壓及內(nèi)部受潮等因素的作用趨于老化，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致保護(hù)功能失效，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，為預(yù)防運(yùn)行事故，對其絕緣狀況進(jìn)行在線監(jiān)測意義重大。

一、在線監(jiān)測的必要性分析

根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，每年或雷雨季節(jié)前要對避雷器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，主要項(xiàng)目是測量絕緣電阻、直流耐壓試驗(yàn)等。一般可通過預(yù)防性試驗(yàn)檢查出是否存在內(nèi)部受潮和閥片老化等缺陷，但ZnO閥片會在系統(tǒng)電壓或其他因素的長期作用下會產(chǎn)生劣化，以至于常規(guī)的預(yù)防性試驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，而在正常工作時(shí)或泄放雷電流時(shí)發(fā)生故障，導(dǎo)致大規(guī)模停電事故[1]。出現(xiàn)這些問題，主要有以下原因：預(yù)防性試驗(yàn)的時(shí)間間隔較長，不能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問題；試驗(yàn)電壓與實(shí)際工作電壓不一致，不能真實(shí)的反映設(shè)備的實(shí)際絕緣狀況。同時(shí)，還需要在停電狀況下進(jìn)行，勢必影響系統(tǒng)的正常的運(yùn)行。

在線監(jiān)測MOA的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)報(bào)相對準(zhǔn)確，減少停電或停運(yùn)損失，節(jié)約檢修費(fèi)用，降低人力成本，能夠預(yù)測己有故障隱患對MOA其他零部件的影響與作用，可以消除MOA已有故障誘發(fā)的二次性損壞。因此，對氧化鋅避雷器開展在線監(jiān)測是保護(hù)電力設(shè)備的必然要求。

二、國內(nèi)外常用的在線監(jiān)測方法

對運(yùn)行工況的監(jiān)測方法基本都以測泄漏電流為基礎(chǔ)，根據(jù)老化機(jī)理及等效電路的研究，目前在線監(jiān)測的方法有許多種，從對采樣信號的分析原理分類主要有下面幾種方法：總泄漏電流法、補(bǔ)償測阻性電流、阻性電流基波法、三次諧波法、雙“AT”法、基于溫度的測量法等[2][3]。

（一）監(jiān)測總泄漏電流法[4][5]

又稱全電流法，假定泄漏電流的容性分量基本保持不變，可簡單地認(rèn)為其阻性電流增加會使總電流的增加這一特征反應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)。這種方法是直接在氧化鋅避雷器接地端串接交流毫安表，以此測量總泄漏電流的變化。

正常運(yùn)行時(shí)，容性電流實(shí)際上遠(yuǎn)大于阻性電流，且兩者的基波又差90°相位角，即使阻性電流增加很多，測得的全電流有效值或平均值也并沒有很大的變化。所以此種方法適用于受潮劣化的判斷，對老化尤其是早期老化不靈敏。這種方法簡單且監(jiān)測儀的成本較低，但這種方法太粗糙，靈敏度較低，不宜廣泛采用，目前極少使用。

（二）補(bǔ)償法測阻性電流

補(bǔ)償法測量阻性電流是在測量電流的同時(shí)檢測系統(tǒng)的電壓信號，借以消除總泄漏電流中的容性電流。補(bǔ)償法測量誤差較小，所用儀器測量時(shí)需要引入補(bǔ)償信號（電容性電流），此補(bǔ)償信號經(jīng)過相位、幅值處理，再和取自避雷器的泄漏電流相減后，方能得到阻性分量，但測量時(shí)必須借用二次繞組引入電網(wǎng)電壓信號，而電網(wǎng)電壓含有諧波成份造成監(jiān)測結(jié)果誤差。

（三）基次諧波法檢測阻性電流

在正弦波電壓的作用下，MOA阻值電流中只有基波電流做功產(chǎn)生功耗，無論諧波電壓如何，阻性基波電流都是一個(gè)定值，利用數(shù)字諧波分析提取基波進(jìn)行阻性電流分解，即可得到阻性電流的基波，根據(jù)阻性電流基波所占比例的變化來判斷的工作狀況。

基次諧波法測量時(shí)需要獲得全電流和母線電壓，經(jīng)過傅里葉變換提取得到電流和電壓的基波分量，利用投影法（電流基波分量在電壓基波分量上的投影）可以得到阻性泄漏電流的基波分量?；ǚㄓ衅浔旧淼木_性，能有效的抑制電網(wǎng)電壓中的諧波干擾，基波的功耗也能夠反映MOA的狀態(tài)。但是實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，阻性電流的基次諧波在一些情況下能靈敏地反映MOA的狀態(tài)，但阻性電流的高次諧波會受電網(wǎng)電壓的高次諧波影響，因此必須采取相應(yīng)的方法去除阻性電流中的高次諧波。

（四）三次諧波法

三次諧波法又被稱為零序電流法。工作原理為從避雷器總泄漏電流中檢測出三次諧波阻性電流分量。

該方法利用零序電流測量到阻性三次諧波電流，與補(bǔ)償法相比無需引入電壓信號，測量方便、操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)。診斷判據(jù)是觀察各電流的變化趨勢，因此對修正的準(zhǔn)確度影響不大。但當(dāng)零序電流有變化時(shí)，不宜判斷出哪一相出現(xiàn)異常。另外，系統(tǒng)電壓中含有的諧波分量也會對結(jié)果造成影響。

（五）雙“AT”法

雙“AT”法主要是監(jiān)測阻性泄漏電流，其工作原理是：一個(gè)傳感器采樣正常泄漏電流，另一個(gè)測量在過電壓情況下沖擊大電流的峰值以記錄動作次數(shù)，并根據(jù)相應(yīng)的參考電流值來區(qū)分動作原因，如區(qū)分雷擊或操作過電壓等，信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字信號處理，用電壓信號來判斷電網(wǎng)諧波對測量泄漏電流阻性分量的影響。這種方法依靠強(qiáng)大的支持軟件來實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測功能，同時(shí)考慮了來自電網(wǎng)的諧波和溫度的影響，實(shí)現(xiàn)功能較強(qiáng)大，在線監(jiān)測完善，但經(jīng)濟(jì)性不夠好，且其長期穩(wěn)定性還有待時(shí)間檢驗(yàn)。

（六）基于溫度的測量法

溫度監(jiān)測法是一種全新方法，簡單、實(shí)用，但會到受能量吸收能力和老化或受潮導(dǎo)致的能量損耗的影響。正常運(yùn)行條件下，吸收能量損耗，溫度變化很小，出現(xiàn)過電壓時(shí)，溫度可能暫時(shí)會有所上升，但會慢慢恢復(fù)。在老化或受潮時(shí)，溫度會逐步上升，測量溫度不是一種了解運(yùn)行狀態(tài)的直接方法，但溫度是影響運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的綜合結(jié)果，在持續(xù)運(yùn)行電壓下的過熱直接與能量損失相關(guān)，而與運(yùn)行電壓的質(zhì)量及外界干擾等無直接關(guān)系。

三、結(jié)論

本文所列舉的幾種方法都有一定的局限性，總泄漏電流法靈敏度較差，結(jié)果不夠準(zhǔn)確補(bǔ)償法和三次諧波法易受電網(wǎng)諧波的影響，溫度測量法主要用于正準(zhǔn)備安裝的避雷器，而基次諧波法能夠較好的實(shí)現(xiàn)檢測工作。另外，在選取時(shí)要考慮以下幾個(gè)方面的影響因素：電網(wǎng)諧波電壓；相間干擾；表面污穢；電網(wǎng)電壓波動；環(huán)境溫度、濕度。實(shí)際使用中要充分考慮應(yīng)用場景的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場工程實(shí)際選擇合理、實(shí)用，可靠的方法成為在線監(jiān)測及診斷系統(tǒng)的主要任務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅光偉，向守兵，陳蹺東高壓電氣設(shè)各絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].月黑龍江電力，2004，26（4）：29-30.

[2]郝致遠(yuǎn).基于LabVIEW的氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].山東大學(xué)，2011.

[3]楊曉東.氧化鋅避雷器監(jiān)測方法分析[J].新疆電力技術(shù)，2008（2）：26-29.

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[5]孟飛.金屬氧化物避雷器泄漏電流監(jiān)測儀的研制電測與儀表.電測與儀表，2009，46（519）：57-62.