（高电压与绝缘技术专业论文）配电网避雷器在线监测设备的研究.pdf

i 一 s t u d y o nm o ao n - - l i n e m o n i t o r i n g e q u i p m e n t u s e di nd i s t r i b u t i o n n e t w o r k t h e s i ss u b m i t t e dt o s h a n d o n gu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t f o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g a p r i l 2 0 1 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔澎植 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：垄塑导师签名： 山东大学硕士学位论文 目录 目录i 摘要v d l 】b s i t r a c t v i i 第l 章绪论1 1 1 引言1 1 2 研究背景及意义3 1 3m o a 故障简介4 1 4 避雷器在线监测方法7 1 4 1 泄漏全电流法。7 1 4 2 阻性电流谐波分析法8 1 4 3 阻性电流三次谐波法1o 1 4 4 容性电流补偿法1 1 1 4 5 国外m o a 在线监测新技术1 1 1 5 本文主要研究内容13 第2 章m o a 泄漏电流测量仿真及实验1 5 2 1m o a 仿真模型1 5 2 2 测量实验的仿真1 6 2 3 过电压对测量影响的仿真2 3 2 4m o a 实验结果分析2 4 2 4 1 参考电压法试验2 5 2 4 2 参考电场法试验2 6 2 4 3 谐波测量试验2 6 2 5 小节：2 8 第3 章避雷器在线监测新方法2 9 3 1 现有监测方法的比较2 9 3 2 监测新方法2 9 3 3 数据处理31 3 4 误差分析3 3 3 5 小节3 5 第4 章m o a 监测装置设计3 6 山东大学硕士学位论文 4 1 泄漏电流提取装置3 6 4 1 1 电流传感器误差分析3 6 4 1 2 基于“零磁通 的补偿电路设计3 7 4 1 3 电流传感器设计4 0 4 2 泄漏电流信号采集电路一4 3 4 3 程序设计4 6 4 4 保护装置4 7 4 5 小节4 7 第5 章结论4 9 附录。5 0 参考文献5 7 致j 射一61 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) v a b s t r a c t ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r1 p r e f a c e 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 3 1 3f a u l to f m o a 4 1 4o n l i n em o n i t o r i n gm e t h o do f m o a 7 1 4 1t o t a ll e a k a g ec u r r e n tm e t h o d 7 1 4 2r e s i s t i v ec u r r e n th a r m o n i ca n a l y s i sm e t h o d 8 1 4 3n i r dh a r m o n i co fr e s i s t i v ec u r r e n tm e t h o d 1o 1 4 4c a p a c i t i v ec u r r e n tc o m p e n s a t i o nm e t h o d ll 1 4 5n e wt e c h n i q u e so f a b r o a d 1l 1 5m a i nw o r ko f p a p e r 1 3 c h a p t e r 2s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n to fm o a 15 2 1m o as i m u l a t i o nm o d e l 15 2 2s i m u l a t i o no f e x p e r i m e n t 1 6 2 3s i m u l a t i o no fm e a s u r e m e n tu n d e ro v e r - v o l t a g e 2 3 2 4a n a l y s i so f m o at e s tr e s u l t ：! z i 2 4 1r e f e r e n c ev o l t a g et e s t 2 5 2 4 2r e f e r e n c ef i e l dt e s t 2 6 2 4 3h a r m o n i c1 e s t 一2 6 2 5s u m m a r y 2 8 c h a p t e r 3n e wm e t h o do fo n l i n em o n i t o r i n g 2 9 ：；1c o n t r a s to fe x i s t i n gm e t h o d 2 9 3 2n e wm o n i t o r i n gm e t h o d 2 9 ：；3d a t ap r o c e s s i n g 31 ：；4e r r o ra n a l y s i s 3 3 ：；5s u m m a r y 3 5 c h a p t e r 4 m o n i t o r i n ge q u i p m e n td e s i g n 3 6 4 1m e a s u r i n gd e v i c eo fl e a k a g ec u r r e n t 3 6 i l l 山东大学硕士学位论文 4 1 1e r r o ra n a l y s i so fc u r r e n ts e n s o r 3 6 4 1 2c o m p e n s a t i o nc i r c u i td e s i g nb a s e do nz e r of l u x 3 7 4 1 3d e s i g no fc u r r e n ts e n s o r 4 0 4 2l e a k a g ec u r r e n ts i g n a lc o l l e c t i o n 4 3 4 3p r o g r a md e s i g n 4 6 4 4p r o t e c t o r 4 7 4 5s u m m a r y 4 7 h a p t e r5 c o n c l u s i o n 4 9 p p e n d i x 5 0 e f e r e n c e s 5 7 c k n o w l e d g e m e n t s 6 1 i v 山东大学硕士学位论文 摘要 避雷器是用来限制过电压，保护电气设备绝缘的设备。目前，氧化锌避雷器 ( m o a ) 在电力系统中使用日益增多，由于氧化锌避雷器的运行特点，在运行中长 期受到工作电压的作用，将出现绝缘老化，表现为泄漏电流随加压时间延长而逐 渐增大。严重时将会在运行中导致绝缘损坏，使设备失去保护，造成停电事故。 定期检测避雷器泄漏电流是保证其安全运行的重要措施，然而配电网避雷器数量 众多，仅依靠预防性试验进行检测则需要停电并消耗大量的人力、物力，故很多 运行部门延长试验周期，甚至取消了预防性试验，直到m o a 老化或受潮发生事 故后才更换。而且，m o a 外套一般采用合成绝缘材料，避雷器短路后很难从外 观上发现，故障点难以查找。因此，实现运行状态下的在线监测是较为理想的监 测方案。 由于配电网中1 0 k v 避雷器价格低廉，事故影响面小，因而长期以来对其监 测没有引起足够的重视。而随着用户对电能质量要求越来越高，以及配电网智能 化的发展，使得电力部门和用户越来越重视配网的安全可靠运行。而针对避雷器 现有的监测方法多针对较高电压等级，且监测设备虽然可以用于配电网避雷器在 线监测，但其造价昂贵不易推广应用。 本文通过对配电网避雷器的仿真分析和实验测量，提出了通过计算容性电流 来间接得到阻性泄漏电流的新方法：提出利用“零磁通 电流互感器测量泄漏全 电流的新手段；并设计了保护和抗干扰电路以保证监测系统安全运行。 目前对于避雷器的在线监测方法主要是测量泄漏全电流或者阻性泄漏电流， 且大部分方法和设备都是针对安装在较高电压等级电网，一般都具有电压互感 器，方便在线监测设备测量参考电压。本文通过将等效电容看作是时间的一次函 数，利用电网电压和电容的关系求得容性电流，并利用监测到的泄漏全电流信号 最终获得离散阻性电流信号。本方法的优势在于只监测电流信号，非常适用于没 有电压互感器的配电网，不用测量参考电压同时也不用考虑参考电压带来的相角 误差。 避雷器在线监测的关键是泄漏全电流的测量，对于微安级电流的提取，本文 首次采用了基于“零磁通电流互感器的设计，它利用补偿电路补偿铁芯中的励 磁电流来实现“零磁通 ，以此增加电流传感器精度。采集到泄漏全电流后，通 v 山东大学硕士学位论文 过设计的信号采集电路将离散电流数据送入单片机进行数据处理，根据处理结果 判断是否发出避雷器老化警示。考虑到周围电磁场、污秽以及雷击等因素的影响， 本文还设计了一套保护和抗干扰电路以保证在线监测设备的正常运行。 关键词：在线监测；泄漏全电流；阻性电流分量；仿真；零磁通 v l 山东大学硕士学位论文 _ _ _ - 一_ a b s t r a c t a r r e s t e r sa r eu s e dt ol i m i to v e r - v o l t a g ea n dp r o t e c tt h ei n s u l a t i o no f t h ee l e c t r i c a l e q u i p m e n t a tp r e s e n t ，z i n co x i d ea r r e s t e r s ( m o a ) a r ei n c r e a s i n g l yu s e di ne l e c t r i c a l p o w e rs y s t e m d u et ot h eo p e r a t i o n a lf e a t u r e so ft h em o a ，i nt h el o n gr u nu n d e rt h e o p e r a t i o nv o l t a g e ，t h ei n s u l a t i o no ft h em o ag r a d u a l l y 硒n g i tm a n i f e s t e da st h e l e a k a g ec u r r e n ti n c r e a s e sw i t ht h et i m ei n c r e a s i n g s e r i o u si n s u l a t i o na g i n gc a l ll e a d t oi n s u l a t i o nd a m a g e t h u st h ee l e c t r i c a le q u i p m e n tl o s s e sp r o t e c t i o n ，a n dt h ep o w e r n e t w o r kb l a c k o u t d e t e c t i n gt h el e a k a g ec u r r e n to na r e g u l a rb a s i si sa ni m p o r t a n t m e a s u r et oe n s u r et h es a f eo p e r a t i o no ft h em o a b u td u et ot h el a r g en u m b e ro ft h e d i s t r i b u t i o na r r e s t e r s ，i ft a k i n gt h ep r e v e n t i v et e s t ，i tn e e d sp o w e ro f fa n dc o a s u m ea g r e a ta m o u n to fm a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e s t h e r e f o r e ，al o to fo p e r a t i o n d e p a r t m e n te x t e n dt h ei n s p e c t i o nc y c l eo re v e nc a n c e lt h ep r e v e n t i v et e s t ，w a i t i n gf o r c h a n g i n gan e wo n ea f t e rt h em o ab r e a k d o w n t h em o au s u a l l yu s es y n t h e t i c i n s u l a t i o nc o a t s i ti sd i f f i c u l tt of i n dt h ef a u l tp o i n t ，a st h ef a u l tc a nn o tb es h o 、 ，no n t h eo u t s i d e t h e r e f o r e ，o n l i n e m o n i t o r i n gi st h ep r e f e r r e dm e t h o d d u et ot h el o wc o s ta n dt h es m a l li m p a c to nt h ed i s t r i b u t e dn e t w o r k t h em o n i t o r o fm o au s e di n10 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki s a l w a y si g n o r e d a su s e r sb e c o m e i n c r e a s i n g l yd e m a n d i n go np o w e rq u a l i t y , a n dt h ei n t e l l i g e n td e v e l o p m e n to ft h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h ee l e c t r i c a l d e p a r t m e n ta n dt h eu s e r sp a ym o r ea n dm o r e a t t e n t i o nt ot h es a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o n b u tt h ee x i s t i n gm o n i t o r i n gm e t h o d sa r e u s u a l l yu s e di nt h eh i g hv o l t a g el e v e l a l t h o u g ht h o s ed e v i c e sc a nb eu s e di nt h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，b u tt h e ya r et o oe x p e n s i v ef o rw i d e l yu s e t h ep a p e rt a k e ss i m u l a t i o na n de x p e r i m e n to nm o a ，a n do nt h i sb a s et h ep a p e r p r o p o s e san e wm e t h o d ：i n d i r e c t l yo b t a i n i n gt h er e s i s t a n c e l e a k a g ec u r r e n tb y c a l c u l a t i n gt h ec a p a c i t i v ec u r r e n t t h ep a p e ra d o p t san e wm e a n s ：m e a s u r i n gt o t a l l e a k a g ec u r r e n tw i t h ”z e r of l u x c u r r e n tt r a n s f o r m e r a l s ot h ep a p e rd e s i g n e da p r o t e c t i o na n da n t i - j a m m i n gc i r c u i tt oe n s u r et h es a f eo p e r a t i o no ft h em o n i t o r i n g s y s t e m a tp r e s e n t ，t h o s eo n l i n em o n i t o r i n gm e t h o d su s u a l l ym e a s u r et h et o t a l l e a k a g e c u r r e n t ，o rt h er e s i s t i v el e a k a g ec u r r e n t ，a n dt h e ya r em o s t l yu s e di nh i g hv o l t a g el e v e l v t l 山东大学硕士学位论文 t h eg r i d su n d e rt h o s ev o l t a g el e v e l su s u a l l yi n s t a l lv o l t a g et r a n s f o r m e r s t h e y f a c i l i t a t et h em e a s u r e m e n to ft h er e f e r e n c ev o l t a g e i nt h i sp a p e r , t h ee q u i v a l e n t c a p a c i t a n c ei st r e a t e da saf u n c t i o no ft i m e t h ec a p a c i t i v ec u r r e n tc a nb ec a l c u l a t e d b yu s i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n 酣dv o l t a g ea n dc a p a c i t a n c e a n du s i n g t h e d e t e c t e dt o t a ll e a k a g ec u r r e n ts i g n a l ，t h ed e v i c eu l t i m a t e l yg e t st h ed i s c r e t er e s i s t i v e c u r r e n ts i g n a l t h ea d v a n t a g eo ft h i sm e t h o di st h a ti to n l ym o n i t o r st h ec u r r e n ts i g n a l s oi ti sv e r ys u i t a b l ef o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw h i c hd o e sn o ti n s t a l lv o l t a g e t r a n s f c i r m e r t h em e t h o dd o e sn o tn e e dm e a s u r et h er e f e r e n c ev o l t a g ea n dd o e sn o t n e e dc o n s i d e rt h ep h a s ea n g l ee r r o rb r o u g h tb yt h er e f e r e n c ev o l t a g e t h ek e yo fo n l i n em o n i t o r i n gi st h et o t a ll e a k a g ec u r r e n tm e a s u r e m e n t t h e p a p e rd e s i g n sac u r r e n tt r a n s f o r m e rb a s e do n t h e z e r of l u x m e t h o dt oe x t r a c t m i c r o a r n p e r e - l e v e lc u r r e n t i tu s e sc o m p e n s a t i o nc i r c u i tc o m p e n s a t i n gt h ee x c i t a t i o n c u r r e n ti nt h ec o r et oa c h i e v e ”z e r of l u x ”b yt h i s ，t h ec u r r e n ts e n s o rc a ni n c r e a s et h e p r e c i s i o n a f t e rt h et o t a lc u r r e n tl e a k a g ei sc o l l e c t e d ，i tf l o w st h o u g had e s i g n e ds i g n a l a c q u i s i t i o nc i r c u i tt og e td i s c r e t ed a t a a n dt h ed i s c r e t ed a t aa r es e n tt ot h em c u t o p r o c e s s t h ew a r n i n gi si s s u e do rn o td e p e n d i n go nt h ep r o c e s s i n gr e s u l t t a k i n gi n t o a c c o u n tt h es u r r o u n d i n ge l e c t r o m a g n e t i cf i e l d s ，d i r t y , l i g h t n i n ga n do t h e rf a c t o r s ，t h i s p a p e ra l s od e s i g n sas e to fp r o t e c t i o na n da n t i - j a m m i n gc i r c u i tt oe n s u r et h en o r m a l o p e r a t i o no f t h eo n l i n em o n i t o r i n ge q u i p m e n t k e yw o r d s ：o n - l i n em o n i t o r i n g , t o t a ll e a k a g ec u r r e n t ，r e s i s t i v ec u r r e n t v 1 1 1 c o m p o n e n t ，s i m u l a t i o n ，z e r of l u x 力系统中性能最好且发展最快的过电压保护装置。m o a 从产品结构分有瓷套型 避雷器、g i s 型避雷器、复合外套型避雷器和油浸式避雷器( 用于变压器中) 4 种； 按被保护设备类型分有配电系统过电压防护、变电站过电压防护、并联及串联 补偿电容器保护、发电机过电压保护、限制电动机投切造成的操作过电压、线 路载波通信中阻波器保护、限制中性点未直接接地变压器的中性点过电压、输 电线路防雷保护、直流输电系统换流站过电压保护、大型发电机转子回路灭磁 过程中的过电压保护和能量吸收、超高压直流断路器丌断时系统中的能量吸收 等1 1 类。 通过提高被保护设备可靠性和降低过电压水平能带来巨大的经济效益，而 z n o 电阻片的非线性特性又对限制过电压起着至关重要的作用，所以世界各国 都在竭力研究改进z n o 非线性电阻片的原材料和生产工艺，并力求将最新的技 术应用于对避雷器的设计中，同时开发新型材料，以期达到更理想的防护效果。 第l 代z n o 非线性电阻片于2 0 世纪6 0 年代术产生，延续使用至8 0 年代中期。 它的应用是电力系统防护雷电过电压和操作过电压方面的一次革命。但它还存 在v - a 曲线不够平坦、荷电率低、泄漏电流大、老化性能劣化等缺陷。第2 代 z n o 非线性电阻片自8 0 年代初产业化以来一直延续使用至今。第2 代电阻片较 之第1 代电阻片在添加物配合的最佳化方面做了很多的改良，使其老化寿命和 非线性性能得到了较大的改善。第3 代z n o 非线性电阻片技术产生于8 0 年代 中期，其主要特点是酬特性曲线更平坦，保护特性提高；荷电率更高，电阻 片老化性能更好；2 m s 方波耐受能力提高近1 倍，在吸收同等能量的情况下电 阻片体积减少5 0 ，既节省了原材料，又实现了避雷器的轻型化；侧面采用低 铅玻璃釉，具有耐受4 1 0 大电流的能力，同时耐湿性能增强，适应各种绝缘介 质。因此可以在各种气体、绝缘油以及直接注射成形的硅橡胶中使用。第3 代 山东大学硕士学位论文 电阻片因上述卓越的性能而被誉为高性能电阻片。第4 代z n o 非线性电阻片在 9 0 年代实现了产业化，它在第3 代电阻片技术的基础上通过添加新的成份，将 单位高度的参考电压提高了2 3 倍，达到了4 0 0 v m m 和6 0 0 v m m ，即在同等 参考电压下将电阻片高度减至原来的1 2 以下。目前，它主要应用于组合电器 用罐式避雷器中，它的应用可大大减小罐式避雷器的体积，使其实现小型化。 现阶段正在进行将其应用于复合型带串联间隙线路避雷器的研究，它的开发应 用将可以使线路避雷器实现小型化与轻型化，更便于安装。第4 代电阻片被称 之为高梯度电阻片。电阻片技术的发展情况见表1 一l 【l 】。综上所述，随着电阻片 技术的飞速发展及电阻片性能的不断提高，避雷器的结构也相应发生了很大改 变，且保护性能也将越来越好。 表1 - 1电阻片技术发展情况 年份 1 9 7 5 1 9 8 0 1 9 8 51 9 9 52 0 0 0 至今 第一代电阻片 电阻片 第二代电阻片 。 第三代电阻片。 第四代电阻片 。 特性平坦率 1 81 6 1 5 1 4 5 允许荷电率慌 7 08 59 5j9 5 吸收能量j c m 3 1 5 01 8 03 0 0 3 0 0 梯度巧l l l a m m 1 6 02 0 02 0 0 ：4 0 0 l 。i l l l 栅 0 9 50 9 51 0 0 ：1 0 2 针对瓷套配电型避雷器一般不带压力释放装置、故障率高、发生故障时瓷 套会发生爆炸等缺点，美国通用电气公司( g e 公司) 于1 9 7 9 年研制出了配电系 统用复合外套型避雷器。由于该复合外套型避雷器具有内部受潮隐患低、低电 压避雷器裙套无爆炸危险、体积小、质量轻、耐污性能好等优点，故目前其在 世界各国发展很快。在我国，电站型避雷器已经研制到2 2 0 k v 电压等级，它所 具有的体积小、质量轻、便于现场安装的特点，使其可以被安装在输电线路杆 塔上，从而有效地提高了线路的耐雷水平。尤其是在某些雷电活动强烈，采取 降低接地电阻措施有困难的地段，电站型避雷器为解决因雷击而引起输电线路 事故、降低线路过电压、保护绝缘子串提供了强有力的手段。我国线路避雷器 已经研制到5 0 0k v 电压等级，随着电压等级的提高和紧凑型杆塔的广泛采用， 2 山东大学硕士学位论文 使用常规梯度电阻片的线路避雷器本体过长、安装不便的缺点被突显出来。目 前日本正在进行将高梯度电阻片应用于线路避雷器方面的研究，同时也在为 i e c 标准的制定做前期的研究开发工作。 国内专家关注氧化锌压敏特性也是在上世纪六十年代末期，七十年代进行 了大量的科研基础工作。第一组金属氧化物避雷器使用于海南儋洲的l o k v 系 统，选择该地点与其湿热、多雷雨气候有关。国内依靠自主科研与开发，使得 在1 9 8 5 年，有批量的11 0 k v 系统用的高原系列金属氧化物避雷器，投入世界 上海拔最高的拉萨和羊八井( 4 3 0 0 m ) 变电站运行，同年还有1 1 0 k v 系统g i s 用 金属氧化物避雷器投入攀钢变电站运行。此后，机械部组织了国内避雷器行业 两厂一所，引进、消化及国产化，使得国内避雷器开发、制造能力有了很大的 加强。至八十年代末期前后两次“两部避雷器运行调查，金属氧化物避雷器 全面取代碳化硅避雷器已成定局，金属氧化物避雷器经两部鉴定为八十年代中 期世界先进水平，特别是国内高压金属氧化物避雷器在同等情况下优于国外产 品的运行情况，这在当时是对国内行业的丌发和制造的一次检阅，也是对国内 制造水平的充分肯定。之后，国内金属氧化物避雷器制造业迅猛发展，可以用 雨后春笋来形容。国内产品完全占领了国内市场，一些优秀企业还走向了世界。 九十年代中后期，线路避雷器快速发展，1 9 9 7 年第一台5 0 0 k v 线路金属氧化物 避雷器挂网运行( 国内第一台2 2 0 k v 线路避雷器于1 9 8 6 年用于镇江大跨距过江 铁塔，瓷套型，始装于铁塔的一个平台上1 ，2 0 0 5 年，7 5 0 k v 金属氧化物避雷器 投入运行i 2 。 1 2 背景及研究意义 在氧化锌电阻片性能提高的同时，高电压、大容量避雷器的研究迅速开展， 其运行状态、稳念、暂态过程，内部局部放电等研究成果屡屡见刊。l o k v 配电 网是电力网中电力线路结构、使用环境最复杂的一个环节。对于数目众多的配 电变压器和电缆线路等都要装设避雷器作为防雷保护，因此，l o k v 配电网中避 雷器故障的概率较大。若l o k v 配电网中避雷器发生故障，主要有下列危害：( 1 ) 若避雷器未完全击穿，避雷器泄漏电流增大，会造成线损增加，不利于电力网 的经济运行。( 2 ) 若避雷器被击穿，造成一点接地故障，由于避雷器故障是隐 3 山东大学硕士学位论文 故障，需要消耗大量人力、物力寻找故障点；若出现两个避雷器不同相分别 地故障，会造成开关保护动作而使用户停电，影响生产和生活。( 3 ) 避雷器 炸会波及周围其他设备，造成事故扩大。所以，电力系统的安全评估已把配 系统避雷器的检测提高到发电厂、变电所避雷器检测的同等要求。但是，配 电网避雷器价格低廉，事故影响较小，一直以来对其监测没有引起足够的重视。 我国电力系统对配电网避雷器检测采用预防性试验方式，一般以两年为周期，将 避雷器拆下进行测试。由于配网避雷器数量众多，每次检测需要消耗大量的人 力、物力、还要停电，同时也不能排除两次预防性试验问避雷器损坏的可能，故 很多运行部门将试验周期修改为3 至5 年，甚至取消了预防性试验，直到m o a 老化或受潮发生事故后才更换3 1 。然而配电网避雷器一般采用复合绝缘材料 外套，避雷器短路后很难从外观上发现，故障点查找困难，不能及时维修，对 配电网的运行可靠性不利。运行状态下进行在线监测是较理想的监控手段，然 而针对配电网在线监测的研究并不多见，其困难主要有两点：( 1 ) 监测方法以 及监测成本的限制，配电网可供监测对象只有泄漏电流，监测系统电压成本太 高，难以在配电网普及。( 2 ) 泄漏电流提取困难，配电网避雷器正常运行时的 泄漏电流是微安级的，普通电流传感器无法检测到。近年来，电流传感器技术 的发展使得探测微安级的电流变得可行，本文就此展开对配电网避雷器在线监 测研究。 1 3m o a 故障简介 随着电力工业的迅速发展，对于输变电设备保护的可靠性要求也越来越高， 近年来，m o a 在过电压防护领域中得到了越来越广泛的应用。但不论是国产的 还是进口的m o a 在运行中发生爆炸或发现较大缺陷的情况时有所闻，如1 9 8 9 年龙羊峡水电站4 台3 3 0 k v 的m o a 事故，葛洲坝电站引进日立生产的5 0 0 k v m o a 在1 9 9 1 、1 9 9 3 、1 9 9 4 年的三次事故以及1 9 9 4 年乌溪江水电厂2 2 0 k v 的 m o a 发现严重受潮，已经引起了运行、制造等部门的关注。据统计，我国电力 系统自八十年代中期应用氧化锌避雷器以来，电压等级在1 1 0 k v 以上的国产 氧化锌避雷器发生事故率为0 6 8 ，退出运行率为1 3 w 3 1 。 避雷器故障主要分为以下四类： 4 山东大学硕士学位论文 1 避雷器由于内部受潮引起故障 从历年高压避雷器出现的事故分析，由于内部受潮而引起事故的避雷器占 避雷器总事故率的6 0 ，从因长期受潮而损坏的避雷器残骸分析看，受潮避雷 器的明显特征有： ( 1 ) 阀片外侧和瓷套内壁有明显闪络痕迹。 ( 2 ) 内部金属件有锈蚀现象。 ( 3 ) 阀片喷铝面没有放电踪迹。 ( 4 ) 事故前泄漏电流成倍增长。 ( 5 ) 绝缘电阻显著下降。 潮气的来源大致有三方面： ( 1 ) 避雷器生产过程中，安装环境湿度超标。 ( 2 ) 阀片及内部用零部件烘干不彻底，有部分潮气残留。 ( 3 ) 装配时将密封圈漏放、放偏或在密封圈与瓷套密封面之间加有杂物。 2 避雷器本身老化引起事故 在市场竞争中，有些厂家一味追求避雷器保护性能好，指标先进，而忽视 避雷器的可靠性，过低的选取残压和额定电压，使避雷器荷电率增高，负荷加 重。对于高压避雷器来讲，由于本身高度高、体积大，受环境条件影响大，且 自身电位分布不均匀，局部荷电率已达到金属氧化物电阻片耐受极限，使局部 电阻片老化加速，引起了整个避雷器绷特性曲线的变化，避雷器的热稳定工 作点发生偏移，电阻片温度上升。由于电阻片在工作电压下的负温度系数，温 度越高，u l m a 降得越低，此时避雷器的m a 接近持续运行电压峰值，当电网 电压超过避雷器本身耐受工频电压时就会导致避雷器损坏。如深圳供电局进口 的l8 台ll o k v 、2 2 0 k v 避雷器，投运5 年，于1 9 9 0 年8 月连续发生四起避雷 器事故。损坏5 相，而未损坏的1 3 台在运行电压下泄漏电流值平均增大9 2 ， 阀片已严重老化。瑞典5 0 0 k v 避雷器在锦州董家湾投运两年后，发现上节单元 电位分布过高且已老化退出运行。究其原因，避雷器本身设计荷电率太高和局 部电位分布不均匀是避雷器加速老化的主要原因之一。 3 环境、污秽影响引起避雷器损坏 根据电力部门多年的现场监测和人工污秽试验研究证明，污秽、环境影响 5 山东大学硕士学位论文 也是造成避雷器加速老化的主要原因。在高温和污秽的双重作用下，避雷器的 电位分布极不均匀，在靠近避雷器上法兰处，温度很高且电流也大，证明此处 的荷电率高、老化加速。从多年的运行调查可知，避雷器事故大多发生在夏季 南方湿热和污秽地区。例如，龙羊峡水电厂9 台3 3 0 k v 金属氧化物避雷器投运 两年多，运行正常，在底孔放水期间，4 面相继损坏，根据现场事故分析，是 由于放水引起周围环境大水雾，使避雷器外表面形成一层水阻较小的随机变化 的水膜，引起避雷器电位分布不均匀，导致损坏。当然此种异常情况下避雷器 密封是否可靠也是考虑损坏的原因之一。 4 异常运行条件及其它原因引起避雷器事故 避雷器在运行时会遇到多种多样的情况，有些异常情况是避雷器不能耐受 的，如强地震、直击雷、谐振等，避雷器在这种情况下损坏一般认为是在所难 免的。但在运行中也出现过由于操作不当引起中性点接地系统变为中性点绝缘 系统，避雷器在较高电压下长期工作而损坏，如北京房山变电站两相r 本明电 舍避雷器损坏