1、氧化鋅避雷器在線監(jiān)測，紀(jì)，交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，2004.12，本次講座總結(jié)，氧化鋅避雷器的基本結(jié)構(gòu)、等效電路和工作機理目前，氧化鋅避雷器在線監(jiān)測的方法包括原理、接線及其優(yōu)缺點。隨著氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的安全性大大提高。產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)場運行表明，目前使用的氧化鋅避雷器大多沒有間隙，所以氧化鋅閥片長期直接承受工頻電壓，運行時總有電流流過閥片。此外，沖擊電壓和內(nèi)部水分等因素會導(dǎo)致避雷器閥片老化，阻性泄漏電流增加，功耗加劇，從而導(dǎo)致避雷器閥片溫度上升直至熱崩潰，從而造成電力系統(tǒng)事故。因此，氧化鋅避雷器阻性泄漏電流的長期在線監(jiān)測是保證其安全運行的重要手段。均壓環(huán)(與高

2、壓端子相連)、金屬塔、接地、法蘭、節(jié)點單元：從內(nèi)到外，有絕緣桿、氧化鋅閥片、SF6氣體、瓷套、氧化鋅避雷器整體結(jié)構(gòu)圖、高壓端子和氧化鋅避雷器物理圖、氧化鋅避雷器閥片基本結(jié)構(gòu)，氧化鋅避雷器閥片主要由氧化鋅組成，摻雜有三氧化二鉍、三氧化二鈷和三氧化二二氧化碳。該閥具有出色的非線性保護特性。由于晶界層的相對介電常數(shù)可達(dá)5002000，閥板具有相當(dāng)大的電容，工作時流過閥板的電流主要是容性電流。氧化鋅閥片的微觀結(jié)構(gòu)1-氧化鋅晶粒2-晶界層3-尖晶石晶粒，氧化鋅電阻片的等效電路，氧化鋅閥片的等效電路，氧化鋅晶粒體的電阻c晶界層的固有電容r晶界層的電阻，1)在正常工作電壓下，當(dāng)氧化鋅閥片在其線性區(qū)a1工作時

3、，一般， 只有幾十個一分鐘的電流流過電阻r(通常稱為阻性電流分量)，而流過閥板電容c的電流Ic超過幾百a，這表明在正常情況下阻性電流分量僅占總電流的5%。 當(dāng)金屬氧化物避雷器有缺陷時，其電阻分量通常呈指數(shù)增長，但其電容分量增長不大，因此監(jiān)測金屬氧化物避雷器的電阻電流分量非常重要。2)當(dāng)施加的電壓增加到一定值后，用戶界面特征從a1區(qū)域進入a2區(qū)域。我國以1mA為標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為此時閥板開始由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體。電流對電壓非常敏感，電壓略有增加，電流急劇增加。氧化鋅避雷器的工作機理，氧化鋅避雷器閥片的伏安特性曲線、3)在高場強區(qū)a3，其特性相當(dāng)于一個低電阻的線性電阻。雷電或操作過電壓產(chǎn)生的大部分能量被避雷器

4、吸收和釋放，起到保護電力設(shè)備的作用。過電壓后，避雷器將再次工作在正常工作電壓，保持高電阻和流動小泄漏電流。氧化鋅避雷器的工作機理(續(xù))、氧化鋅避雷器閥片的伏安特性曲線、氧化鋅避雷器的電流監(jiān)測方法、總泄漏電流法、零序電流法(阻性電流三次諧波法)、常規(guī)補償法、基波法，氧化鋅避雷器的總泄漏電流值不能完全反映氧化鋅避雷器的絕緣狀況，阻性泄漏電流峰值是表征絕緣特性的重要指標(biāo)。監(jiān)控總泄漏電流I x。由于金屬氧化物避雷器泄漏電流的電容分量基本不變，可以簡單地認(rèn)為其總電流I x的增加在一定程度上反映了其電阻分量電流的增加。為了測量總泄漏電流，可以在避雷器放電記錄器的兩端并聯(lián)微安表(見圖)，流經(jīng)微安表的電流大約

5、是避雷器的總泄漏電流。監(jiān)控總漏電流的優(yōu)缺點。質(zhì)量好的金屬氧化物避雷器早期事故少監(jiān)測電阻電流三次諧波分量的零序電流法、零序電流法的接線圖和三相金屬氧化物避雷器通常是同一型號，同一批生產(chǎn)。所有表演應(yīng)該基本一致。如果三相電壓是平衡的且不包含諧波分量，并且三相MOA的電容和非線性電阻是相同的，則三相電流中的基本分量相互抵消，僅在接地線中留下三次諧波零序電流I0，其等于每相的三次諧波電阻電流之和，即I0=3 Ir3。三次諧波阻性電流隨著阻性電流的增加而增加，總阻性電流與三次諧波分量之間存在一定的比例關(guān)系。在線檢測中，當(dāng)MOA正常工作時，I r3值很小。當(dāng)一相或三相避雷器出現(xiàn)問題時，三相電流不平衡，I0增

6、大，并含有基波成分，因此可以發(fā)現(xiàn)故障。零序電流法的優(yōu)缺點，這種方法簡單，缺點是不容易判斷I0變化時哪一相是異常的。此外，如果系統(tǒng)電壓中存在諧波成分，電容電流也將包含三次諧波Ir3，這將使測得的I0遠(yuǎn)大于實際電阻電流的三次諧波成分，從而導(dǎo)致錯覺。阻性電流的增加反映了金屬氧化物避雷器閥片的劣化或老化，因此阻性電流的直接測量可以反映出金屬氧化物避雷器的健康狀況。補償?shù)脑硎菑南到y(tǒng)電壓補償?shù)目傂孤╇娏髦刑崛∪菪噪娏鞣至?，以獲得阻性電流分量。電容電流領(lǐng)先系統(tǒng)電壓90，因此電容電流通過將系統(tǒng)電壓提升90并反轉(zhuǎn)相位來補償。補償法用于監(jiān)測金屬氧化物避雷器阻性電流原理圖。電流信號I0由電流互感器從金屬氧化物避雷

7、器的引線獲得，然后電壓信號Us由分壓器或電壓互感器獲得。后者由移相器向前移動90，以獲得Us0(以便與I0中的電容電流分量同相)，該Us0由可控增益放大，并與I0一起發(fā)送到差分放大器。在差分放大器中，GUs0和I0被減去；自動反饋跟蹤由乘法器組成，用于控制放大器的增益g，從而使同相差(ICGUs0)減小到零，即I0中的所有電容元件都得到補償；其余的只是電阻元件紅外。根據(jù)美國和紅外光譜，可以得到金屬氧化物避雷器的功率損耗。補償法的優(yōu)點利用上述原理在線監(jiān)測金屬氧化物避雷器更方便、更實用，因為它采用電流互感器采樣，不需要斷開原接地線，不需要人工調(diào)整，自動補償，可直接讀取電流和電壓。三相運行存在以下問

8、題：1)三相避雷器安裝在一條直線上。由于相間耦合電容和電磁干擾，各相避雷器不僅受自身相電壓的影響，還通過相間耦合受相鄰相電壓的影響，從而影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性；2)當(dāng)電網(wǎng)電壓含有較大諧波分量時，這種方法不能消除容性諧波電流，導(dǎo)致阻性諧波電流誤差；3)電壓互感器本身存在角度差，不能完全補償電容，影響測量結(jié)果。當(dāng)三相金屬氧化物避雷器呈直線排列時，相間耦合的原理圖和補償方法的缺點在相間耦合。A相和B相之間有耦合電容Cab，B相和C相之間有耦合電容Cbc，A相和C相相距較遠(yuǎn)，所以它們之間沒有耦合電容。補償方法的缺點是相互耦合的(續(xù))。測量A相邊沿底部的電流時，主要是電容分量IAc和電阻分量IAr由通過相

9、的金屬氧化物避雷器的相的外加電壓引起。此外，相鄰b相和a相之間存在雜散電容Cab引起的容性干擾電流Ib(C)(C相遠(yuǎn)離a相，其影響被忽略)。如下繪制相量圖。相A的“表觀”電阻電流增加，補償方法的缺點在相之間耦合(續(xù))。C相的“視在”阻性電流降低，而B相的視在阻性電流基本保持不變。相C和相B，相之間耦合補償方法的缺點(續(xù))。作用在金屬氧化物避雷器上的電壓含有諧波，流經(jīng)金屬氧化物避雷器的容性電流為：流經(jīng)金屬氧化物避雷器的阻性電流由金屬氧化物避雷器自身的非線性和電網(wǎng)諧波電壓引起。補償方法的缺點電網(wǎng)電壓中存在較大的諧波。1.基波法和基波分析法的主要依據(jù)是3360。在正弦波電壓的作用下，只有基波電流工作

10、產(chǎn)生功耗；此外，無論諧波電壓如何，阻性基波電流都是一個恒定值。因此，可以通過數(shù)字諧波分析獲得阻性電流的基波，并提取基波用于阻性電流分解。根據(jù)阻性電流基波比例的變化，可以判斷金屬氧化物避雷器的工作狀態(tài)?；ǚ治龇梢员O(jiān)測阻性電流基波的變化，但實際運行經(jīng)驗和實驗結(jié)果表明，阻性電流的高次諧波在某些情況下可以靈敏地反映氧化鋅避雷器的狀態(tài)。金屬氧化物避雷器閥的老化導(dǎo)致其非線性特性惡化，主要表現(xiàn)在阻性電流的高次諧波分量在系統(tǒng)正常工作電壓下顯著增加，而阻性電流的基波分量增加相對較少；金屬氧化物避雷器閥的阻尼主要表現(xiàn)在正常工作電壓下阻性電流的基波分量顯著增加，而阻性電流的諧波分量增加相對較小。因此，測量阻性電

11、流及其諧波可以準(zhǔn)確識別金屬氧化物避雷器的運行狀態(tài)及其性能下降的原因。補償方法的缺點電網(wǎng)電壓中有很大的諧波。解決方案1。補償方法的缺點電網(wǎng)電壓中有很大的諧波。解決方案2?；谧枞莘謮涸淼碾妶鎏筋^提取補償信號。傳統(tǒng)的補償方法在線監(jiān)測金屬氧化物避雷器時，補償電容電流的信號都是從電壓互感器獲得的。電壓互感器可以等效為一個電容分壓器，因此電壓互感器獲得的補償信號增益在任何頻率下都是相同的。事實上，流經(jīng)金屬氧化物避雷器的電容電流的增益并不等于不同的頻率，它與頻率成正比。因此，除了角度差和安全性差之外，補償信號的增益取決于基波容性電流能否得到完全補償，因此電網(wǎng)諧波電壓引起的容性電流諧波分量不能得到完全補償，從而不能正確判斷MOA的運行狀態(tài)?；谧枞莘謮涸淼碾妶鎏筋^提取補償信號，阻容分壓器的阻抗遠(yuǎn)小于其容抗，因此流經(jīng)電阻的電流信號Ip為：流經(jīng)MOA避雷器的電容電流為：阻容分壓器產(chǎn)生的補償信號為：PT產(chǎn)生的補償信號為：基于阻容分壓原理的電場探頭具有提取補償信號的優(yōu)點，但仍不能補償電網(wǎng)電壓諧波對氧化鋅避雷器阻性電流諧波分量的影響?；谧枞莘謮涸淼碾妶鎏筋^存在提取補償信號的缺點。仿真結(jié)果表明，含三次諧波時，阻性電流值的最